一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法技术

本发明专利技术提出一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，所述制备方法是将LiCF

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法
本专利技术涉及锂电池的
，特别是涉及一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法。
技术介绍
作为一类主要的电化学储能器件,锂离子电池具有能量密度高、充电速度快、自放电率低、循环寿命长以及无记忆效应等优点，在数码相机、笔记本电脑、智能手机和手环等便携式电子设备，以及新能源汽车上得到了广泛的应用。锂离子电池主要由正极、负极和电解质三部分构成，其中，电解质作为Li＋在正负极之间传导的通道，扮演着十分重要的角色。电解质的性能直接影响着锂离子电池的容量、使用温度、安全性和循环性能等性能指标。传统的锂离子电池电解质主要为液态电解液，具有易挥发、易燃、易爆等缺点，会造成重大的安全隐患。与此相比，聚合物固态电解质作为一类高安全的电解质体系,具有避免电池内部短路、防止电解液泄露、不含易燃易爆成分等独特优势，基于聚合物固态电解质的锂电池在电池能量密度、工作温度区间、循环寿命和安全性方面均有较大的提升，表现出广阔的应用前景，受到了大量国内外研究者们的广泛关注。固体聚合物电解质由高分子主体物和金属盐两部分复合而成。前者含有能起配位作用的给电子基团，且基团数的多寡、是否稳定、分子链的柔性等均对固体聚合物电介质有重要影响。传统的单种聚合物电解质电导率与锂盐含量、温度等关系较为密切，充放电过程中电解质中的锂离子浓度和温度变化较大，容易引起电解质传质能力的波动，在商业化固态电池中的使用受到极大的限制。针对固态聚合物电解质的改性处理以提高其离子电导率具有十分重要的实际意义。中国专利技术专利申请号201811377496.9公开了一种复合聚合物固态电解质膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将无机填料、锂盐及至少两种聚合物混合均匀，然后造粒，得粒料；（2）将粒料烘干，然后注塑成膜，得复合聚合物固态电解质膜。中国专利技术专利申请号201611225335.9公开了一种聚合物固态电解质材料及其制备方法，其中该聚合物固态电解质材料是由包括表面接枝巯基的二氧化硅纳米粒子和双键封端的聚乙二醇在内的反应原料经紫外光辐照进行交联得到的有机-无机杂化交联的聚合物固态电解质材料；表面接枝巯基的二氧化硅纳米粒子与双键封端的聚乙二醇两者的质量比为1/2-1/20，此外，表面接枝巯基的二氧化硅纳米粒子中巯基组分的含量为1-50wt%。为了解决传统聚合物固态电解质中的锂离子浓度和温度变化较大，容易引起电解质传质能力的波动，使得聚合物固态电解质的电导率较低，进而影响了固态锂电池性能的问题，有必要提出一种新型聚合物固态电解质，进而提高了电解质的电导率。
技术实现思路
针对目前聚合物固态电解质电导率较低的问题，本专利技术提出一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，从而有效提高了电解质材料在不同锂离子浓度下的传导能力。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，所述制备方法是将LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末分别与粘结剂混合压制得到薄膜A和薄膜B，然后将三亚甲基碳酸酯（TMC）单体粉末与环氧树脂混合涂布在薄膜表面，接着压制形成A-TMC-B-TMC-A层状结构的复合膜，再与催化剂、引发剂共同真空热处理、热压成型，得到LiCF3SO3-PTMC-LiClO4-PTMC-LiCF3SO3结构的层状聚合物固体电解质。具体制备方法如下：（1）将LiCF3SO3、LiClO4分别进行干法球磨，然后过300目筛后获得LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末，接着将LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末分别与粘结剂混合，再在基板表层压制成薄膜，分别制得薄膜A和薄膜B；（2）将三亚甲基碳酸酯（TMC）单体粉末与少量环氧树脂混合，然后涂布于薄膜A与薄膜B表面形成TMC/环氧树脂层，复合成膜，接着进行反复多次压制成型，形成A-TMC-B-TMC-A的层状结构的复合膜，再使用含有催化剂和引发剂的甲苯溶液润湿复合膜，接着在真空炉中进行真空热处理，使TMC在助剂作用下聚合形成聚三亚甲基碳酸酯（PTMC），最后进行热压成型，得到具有复合层状结构的LiCF3SO3-PTMC-LiClO4-PTMC-LiCF3SO3材料，即为锂电池层状聚合物固体电解质。优选的，所述粘结剂为常用有机粘接剂。进一步优选的，所述有机粘结剂为环氧树脂有机粘接剂、聚氨酯有机粘接剂中的一种。优选的，所述催化剂为辛酸亚锡、异丙醇铝中的一种。优选的，所述引发剂为三羟甲基丙烷。优选的，步骤（1）中所述薄膜A制备中，LiCF3SO3粉末、粘结剂的质量比例为150-180:6-12。优选的，步骤（1）中所述薄膜B制备中，LiClO4粉末、粘结剂的质量比例为100-125:4-8。优选的，步骤（1）中所述薄膜的厚度为0.1-0.3mm。优选的，步骤（2）中所述TMC/环氧树脂层的涂布厚度为50-100μm。优选的，步骤（2）中所述压制成型的复合膜的厚度为1-2mm。优选的，步骤（2）中所述复合膜制备中，TMC、环氧树脂、引发剂、催化剂的摩尔比例为1000:10-30:8-15:1-3。优选的，步骤（2）中所述真空热处理为氮气保护，红外加热110-120℃，热处理2-4h。优选的，步骤（2）中所述热压成型的温度为50-60℃，成型压力为5-10MPa。公知的，聚合物固态聚合物电解质通常由2部分组成，即聚合物和锂盐，两者的组成和结构均会对聚合物电解质的离子电导率产生重要的影响。对于锂盐来说，不是所有的锂盐均可溶解于聚合物中形成自由离子，因此，锂盐在聚合物中的溶解性和解离能力是一个很重要的指标。聚合物固态电解质电导率与锂盐含量、温度等关系较为密切，充放电过程中电解质中的锂离子浓度和温度变化较大，容易引起电解质传质能力的波动，进而影响了电解质的离子电导率。本专利技术创造性地通过LiCF3SO3、LiClO4与有机相进行层层堆叠后形成复合材料，之后进行原位聚合，形成具有层状结构的复合电解质，有效解决了传统聚合物固态电解质电导率低的问题。本专利技术首先选择LiCF3SO3和LiClO4作为固态电解质的锂盐原料。LiCF3SO3具有强还原性，而且具有良好的热稳定性、吸水分解性和循环性能，当应用于固体电解质时，由于其稳定的阴离子会使电解质和阴极材料界面间的钝化层结构和组成得到改善，有利于电解质、钝化膜和电机的稳定，LiCF3SO3体系的固态电解质在高锂离子浓度和低电压时都具有较大的锂离子传导能力。LiClO4是较为常用的锂电池电解质原料，具有强氧化性，而且在低锂离子浓度和高电压情况下的锂离子迁移率较高。研究表明，环状碳酸酯经开环聚合后可以得到固态的大分子线性碳酸酯，本专利技术的有机相选择将三亚甲基碳酸酯（TMC），在助剂作用下聚合形成聚三亚甲基碳酸酯（PTMC），PTMC用于固态电解质时的电化学性能和循环性能较好，同时表现出良好的韧性和柔顺性，机械性能好。进一步的，本专利技术分别以LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末分别与粘结剂混合压制成薄膜A和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法是将LiCF

【技术特征摘要】
1.一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法是将LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末分别与粘结剂混合压制得到薄膜A和薄膜B，然后将三亚甲基碳酸酯（TMC）与环氧树脂混合涂布在薄膜表面，接着压制形成A-TMC-B-TMC-A层状结构的复合膜，再与催化剂、引发剂共同真空热处理、热压成型，得到LiCF3SO3-PTMC-LiClO4-PTMC-LiCF3SO3结构的层状聚合物固体电解质；具体制备方法如下：
（1）将LiCF3SO3、LiClO4分别进行干法球磨，然后过300目筛后获得LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末，接着将LiCF3SO3粉末和LiClO4粉末分别与粘结剂混合，再在基板表层压制成薄膜，分别制得薄膜A和薄膜B；
（2）将三亚甲基碳酸酯（TMC）与少量环氧树脂混合，然后涂布于薄膜A与薄膜B表面形成TMC/环氧树脂层，复合成膜，接着进行反复多次压制成型，形成A-TMC-B-TMC-A的层状结构的复合膜，再使用含有催化剂和引发剂的甲苯溶液润湿复合膜，接着在真空炉中进行真空热处理，形成聚合形成聚三亚甲基碳酸酯（PTMC），最后进行热压成型，得到具有复合层状结构的LiCF3SO3-PTMC-LiClO4-PTMC-LiCF3SO3材料，即为锂电池层状聚合物固体电解质。


2.根据权利要求1所述的一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂有机粘接剂、聚氨酯有机粘接剂中的一种。


3.根据权利要求1所述的一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，司文彬，陈涛，白涛，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51