一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法技术

本发明专利技术公开一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，包括以下步骤：设置工作温度，等待双辊塑炼机的温度达到工作温度；调节双辊间距达到最小值，加入聚合物；聚合物料软化后，调节双辊的间距和双辊的转速，聚合物塑化成膜并包辊；加入固态电解质盐，将固态电解质盐和聚合物的膜形成混合料进行混炼；混炼x分钟后，通过料刀将包在前辊筒上的混合料横向割断，随着前辊筒的旋转将胶料左右两边不断向中间折叠成一个三角包，将三角包投入到双辊中，继续包辊混炼，重复y次；通过双辊塑炼机将混炼料进行薄通，形成全固态聚合物电解质膜。本发明专利技术无需使用任何溶剂，绿色环保；膜的厚度可控、制备的电解质离子电导率高，可实现大规模生产。

A method of batch preparation of all solid polymer electrolyte membrane by double roll plastic mill

【技术实现步骤摘要】
一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法
本专利技术涉及离子导体领域，更具体地，涉及一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法。
技术介绍
目前，商业化的二次离子电池如锂电池主要采用有机液体电解质，但是液体电解质的易燃性危及公众安全，其爆炸和泄漏的潜在威胁阻碍了锂离子电池的进一步发展，因此，研究出更安全的电解质材料和电极材料显得尤为重要。而固态聚合物电解质因具有高的安全性、很好的力学柔顺性、良好的稳定性、低成本和易加工成膜等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件用电解质最具潜力的材料之一。固态聚合物电解质(SPE)主要是由聚合物和电解质盐组成。发展至今，常见的SPE包括聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚(亚乙烯基六氟化钴聚乙烯纤维)(PVDF-HFP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)、聚己内酯(PCL)、壳聚糖以及单离子聚合物电解质等。常见的固态电解质盐包括锂盐(如LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiTFSi等)、钠盐(如NaPF6、NaBF4、NaAsF6、NaTFSi等)、钾盐(如六氟磷酸钾(KPF6)、双氟磺酰亚胺钾(KFSI)等)、锌盐、铜盐等其它体系。目前，比较常用的SPE基体是PEO及其衍生物，主要得益于PEO具有良好的尺寸稳定性、强的盐络合能力、良好的耐腐蚀性、优异的柔顺性和化学稳定性，较低的成本。其制备方法主要有溶液浇注法(YiCui,NanoLett.2016,16:459-465)、辐照交联法(SinhaM,Ionis,2008,14(4):323-327)、相转移法(BandaraTMWJ,SolidStateIonics,2009,180(4-5):362-367)、溶胶－凝胶法(顾书英,仁杰,聚合物基复合材料(M).化学工业出版社,2007)、共混热压法(AppetechiGB,JElectrochemSoc,2000,147(12):4448-4452)。其中溶液浇注法、辐照交联法、相转移法、溶胶－凝胶法均在溶液中进行，需将聚合物、电解质盐等材料与添加剂按照一定计量比例溶于甲醇、乙腈等溶剂，反应结束后再除去溶剂，得到准固态聚合物电解质薄膜。因此，上述方法需要消耗大量有机溶剂，而且所得电解质膜往往存在溶剂残留，所以很难得到全固态电解质材料。此外，制膜过程中溶剂挥发动力学复杂，容易导致膜厚不均匀及材料的工艺性能稳定性差，成本高昂，反应时间长，不利于绿色、环保的时代需求。而共混热压法需要先将有机聚合物、锂盐、无机纳米颗粒及其它添加剂共混，再在高温下将共混物软化并加压碾压成一定厚度的膜。该方法虽然无溶剂，但由于聚合物、锂盐和其它添加剂在一般条件下很难混合均匀，不利于长程有序离子通道的形成，导致离子电导率普遍偏低。
技术实现思路
为克服上述现有技术与方法的不足，本专利技术提出了一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法。本专利技术无需使用任何溶剂，避免了残留溶剂对电解质性质的不良影响，也降低了电解质的生产成本，并且操作简单、绿色环保、省时、膜的厚度可控且无缺陷、制备的电解质离子电导率高，十分有利于大规模生产。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，包括以下步骤：设置工作温度，等待双辊塑炼机的温度达到工作温度；调节双辊间距达到最小值，加入聚合物；聚合物料软化后，调节双辊的间距和双辊的转速，聚合物塑化成膜并包辊；加入固态电解质盐，将固态电解质盐和聚合物的膜形成混合料进行混炼；混炼x分钟后，通过料刀将包在前辊筒上的混合料横向割断，随着前辊筒的旋转将胶料左右两边不断向中间折叠成一个三角包，将三角包投入到双辊中，继续包辊混炼，重复y次；所述的x是预设值，所述的y是预设值；通过双辊塑炼机将混炼料进行薄通，形成全固态聚合物电解质膜。本专利技术通过双辊塑炼机制备全固态聚合物电解质膜，制备过程简单易操作；无需使用任何溶剂，避免了残留溶剂对电解质性质的不良影响，绿色环保；同时也减少了电解质的生产工艺，膜的厚度可控、制备的电解质离子电导率高，可实现大规模生产。在一种优选的方案中，所述的双辊的转速的范围是0～50转每分钟(rpm)。在一种优选的方案中，所述的双辊的转速的范围是4～15转每分钟(rpm)。本优选方案中，500克级别的电解质材料制备优选上述转速。在一种优选的方案中，所述的前辊筒和后辊筒的直径的范围是20～1000mm。在一种优选的方案中，所述的前辊筒和后辊筒的直径是120mm。本优选方案中，500克级别的电解质材料制备优选上述辊筒的直径。在一种优选的方案中，所述的前辊筒和后辊筒的转速比的范围是1:1.2～1.3。在一种优选的方案中，所述的工作温度的范围是20～160℃。在一种优选的方案中，所述的双辊间距的范围是0.5～15mm。在一种优选的方案中，所述的聚合物和固态电解质盐的物料比的范围是1:20～100:1。在一种优选的方案中，所述的y的范围是5～10。在一种优选的方案中，所述的x的范围是1～15。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术通过双辊塑炼机制备全固态聚合物电解质膜，制备过程简单易操作；无需使用任何溶剂，避免了残留溶剂对电解质性质的不良影响，绿色环保；同时也减少了电解质的生产工艺，膜的厚度可控、制备的电解质离子电导率高，工艺成本低廉，有利于聚合物电解质在聚合物基二次离子电池、电化学电容器、燃料电池、太阳能电池、电致变色器件的大规模商业化应用。附图说明图1为实施例的流程图；图2为实施例的双辊塑炼机的结构图；图3为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比1:10的样品图；图4为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比100:1的样品图；图5为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比16:1的样品图；图6为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比25:1的样品图；图7为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比16:1的样品阻抗谱图；图8为实施例在聚合物和固态电解质盐的物料比25:1的样品阻抗谱图；图9为实施例的应用示例图；图10为实施例的应用示例图；图11为实施例的应用示例图。标号说明：1、刹车柄；2、后辊筒；3、积料；4、挡腔板；5、水阀；6、前辊筒；7、循环水；8、手轮；9、接料盘；10、控温面板；11、料刀；12、开关及旋钮；13、进水阀；14、机座。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n设置工作温度，等待双辊塑炼机的温度达到工作温度；/n调节双辊间距达到最小值，加入聚合物；/n聚合物料软化后，调节双辊的间距和双辊的转速，聚合物塑化成膜并包辊；/n加入固态电解质盐，将固态电解质盐和聚合物的膜形成混合料进行混炼；/n混炼x分钟后，通过料刀将包在前辊筒上的混合料横向割断，随着前辊筒的旋转将胶料左右两边不断向中间折叠成一个三角包，将三角包投入到双辊中，继续包辊混炼，重复y次；所述的x是预设值，所述的y是预设值；/n通过双辊塑炼机将混炼料进行薄通，形成全固态聚合物电解质膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置工作温度，等待双辊塑炼机的温度达到工作温度；
调节双辊间距达到最小值，加入聚合物；
聚合物料软化后，调节双辊的间距和双辊的转速，聚合物塑化成膜并包辊；
加入固态电解质盐，将固态电解质盐和聚合物的膜形成混合料进行混炼；
混炼x分钟后，通过料刀将包在前辊筒上的混合料横向割断，随着前辊筒的旋转将胶料左右两边不断向中间折叠成一个三角包，将三角包投入到双辊中，继续包辊混炼，重复y次；所述的x是预设值，所述的y是预设值；
通过双辊塑炼机将混炼料进行薄通，形成全固态聚合物电解质膜。


2.根据权利要求1所述的采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，其特征在于，所述的双辊的转速的范围是0～50转每分钟。


3.根据权利要求2所述的采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，其特征在于，所述的双辊的转速的范围是4～15转每分钟。


4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的采用双辊塑炼机批量制备全固态聚合物电解质膜的方法，其特征在于，所述的前辊筒和后辊...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，邓慧芸，周泽坤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44