一种凝胶电解质的制备方法技术

本申请涉及化学储能电池领域中的一种凝胶电解质的制备方法，将凝胶聚合物与溶剂混合搅拌呈透明凝胶状，再与增塑剂搅拌得到适合3D打印的凝胶电解质浆料，之后通过将浆料进行3D打印得到特定形状的基膜，将基膜烘干后浸泡于手套箱中内的电解液中得到凝胶电解质。本发明专利技术所制凝胶电解质可形成特定形状的电池隔膜，可以用于异型电池研制。以用于异型电池研制。以用于异型电池研制。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶电解质的制备方法


[0001]本专利技术涉及化学储能电池
，具体涉及一种凝胶电解质的制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，随着科学技术的不断发展和进步，伴随着各种便携式电子设备、电动汽车及军事武器装备等的迅速发展，对化学电源的要求也越来越高，要求化学电源具有较高的能量密度。在武器装备中，电源预留空间一般是不规则的，若使用当前电子领域常用的锂离子电池(通常为长方形和圆柱形)，则空间利用率不高，造成电池系统的比能量低。而提高空间利用率，是提高电池系统比能量的重要手段，因此异型电池设备技术也开始迅速发展。但是受限于材料以及生产工艺等技术发展的限制，异型电源的研究也较为滞后。
[0003]传统异型电池均使用模具切割法，需对应设计满足空间形状的切割模具，因此研究周期长，开模成本高，并不利于新产品的研发。因此将可定制化制作的3D打印引入到异型锂电池的制作是大势所趋，因为3D打印可以根据电池舱结构随形打印出最适的电极形状，大大缩短新产品的研发周期，可节省大量人力、财力成本。
[0004]目前，电极片3D打印难点之一在于打印浆料的制备，电极浆料需满足分散均匀、具有剪切变稀的流变学性能等重要参数。目前较为广泛研究的是正、负极直写成型浆料，针对于凝胶电解质的直写成型浆料研究甚少。因此，现有技术亟待提供一种较为实用的凝胶电解质直写成型浆料，旨在探索3D打印的凝胶电解质隔膜替代传统电池隔膜，以期应用于工业生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术缺乏对异型电池隔膜尤其是凝胶电解质隔膜的研究的不足，提出了一种应用于直写成型3D打印的凝胶电解质的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种凝胶电解质的制备方法；包括以下步骤：
[0007]S1、制备浆料：
[0008]1)将凝胶聚合物与溶剂混合，搅拌至完全溶化，呈透明凝胶状；
[0009]2)再将增塑剂加入溶液，持续搅拌，使之分散均匀，得到适合3D打印的凝胶电解质浆料；
[0010]S2、3D打印基膜：
[0011]1)在计算机上设计基膜的3D模型，并将其导出为.stl格式文件，再将其导入切片分层软件进行路径规划，得到gcode文件，即可导入直写成型3D打印机进行挤出控制；
[0012]2)将制备好的凝胶电解质浆料填充进柱塞筒，并将柱塞筒放入3D打印机相应位置；
[0013]3)先调节3D打印机初始位置，再运行gcode程序，螺杆转动，带动法兰向下运动，在柱塞筒内提供一个均匀压强，使凝胶电解质浆料从喷嘴挤出，并随着打印机X、Y轴的移动，将挤出浆料按设计形状沉积在基板上，即可得到基膜素坯；
[0014]4)将打印得到的基膜在干燥箱内烘干，将烘干后的基膜从基板上取下，即可得到3D打印基膜；
[0015]S3、基膜活化：将制备的3D打印基膜放入手套箱内，并在手套箱内将配制好的电解液倒入开口容器中，再将基膜浸泡在电解液当中得到凝胶电解质。
[0016]本专利技术的有益效果：本专利技术用3D打印的方法制备凝胶电解质，所制备的电解质膜可以为任意形状，厚度可控，可用于异型电池，且生产过程无污染，电性能优异。
[0017]进一步，所述凝胶聚合物为偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)或者聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或多种，所述凝胶聚合物的添加量为溶剂质量的5％～20％。
[0018]进一步，所述增塑剂为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)或者碳酸二乙酯(DEC)中的一种或多种，所述增塑剂的添加量为溶剂质量的15％～30％。
[0019]进一步，所述溶剂为丙酮。
[0020]进一步，所述S1步骤中，凝胶聚合物与溶剂的搅拌时间为0.5～1.5h，搅拌温度为20～25℃，搅拌速度为50～200r/min；所述增塑剂搅拌时间为0.5～1.5h，搅拌温度为20～25℃，搅拌速度为50～200r/min。
[0021]进一步，所述S1步骤中，3D打印的凝胶电解质浆料的粘度为10～2000Pa
·
s。该浆料为假塑性流体，即粘度随剪切速率的增大而减小，在流动曲线上表现为剪切应力与剪切速率的比值越来越小。
[0022]进一步，所述3D打印挤出控制参数包括喷嘴直径100～200μm、挤出速度1～5μL/min、平台移动速度500～1000mm/min、挤出宽度80～160μm、起始层厚85～170μm、打印层厚80～160μm、打印间距85～170μm、填充比例30～50％、挤出倍率0.01～0.20；所述3D打印机初始位置为打印喷头处于3D打印机原点位置，且喷嘴最低处与基板间距为150～300μm，所述3D打印聚合物凝胶电解质基膜素坯厚度为80～160μm。
[0023]进一步，所述烘干箱的烘干温度为50～100℃，烘干时间为0.5～1h。
[0024]进一步，所述3D打印聚合物凝胶电解质基膜厚度为20～40μm。
[0025]进一步，所述电解液由溶剂、锂盐组成，所述溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或者碳酸甲丙酯中的一种或多种，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂、甲基磺酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、草酸硼酸锂、高氯酸锂或者六氟砷酸锂中的一种或多种；手套箱内水含量少于0.1ppm，含氧量含量少于0.1ppm，所述基膜浸泡时间为20～30h。
[0026]本专利技术的目的之二是提供一种凝胶电解质，该凝胶电解质由上述方法制备。
[0027]本专利技术的目的之二是提供一种电池，尤其是一种异型电池，电池的组成包括正极、负极、凝胶电解质；所述正极包括：正极活性物质、导电添加剂和粘结剂；所述负极为正极活性物质、导电添加剂和粘结剂；凝胶电解质由上述方法制备而成。
附图说明
[0028]图1为实施例1的3D打印凝胶电解质基膜；
[0029]图2为实施例1的3D打印凝胶电解质不同温度下的EIS曲线；
[0030]图3为实施例1的3D打印凝胶电解质的Arrhenius曲线；
[0031]图4为实施例1的基于3D打印凝胶电解质的Li/GPE/Li电池的计时安培曲线；
[0032]图5为实施例1的3D打印凝胶电解质的LSV曲线；
[0033]图6为本专利技术两种实施例制备凝胶电解质组装扣式电池时首次充放电曲线图；
[0034]图7为本专利技术两种实施例制备凝胶电解质组装扣式电池时化成容量曲线图。
具体实施方式
[0035]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0036]下面对本专利技术的具体实施方式及应用作进一步详细的说明，但本专利技术并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本专利技术权利要求所要求保护的范围。
[0037]实施例1
[0038]一种凝胶电解质的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解质的制备方法；其特征在于：包括以下步骤：S1、制备浆料：1)将凝胶聚合物与溶剂混合，搅拌至完全溶化，呈透明凝胶状；2)再将增塑剂加入溶液，持续搅拌，使之分散均匀，得到适合3D打印的凝胶电解质浆料；S2、3D打印基膜：1)在计算机上设计基膜的3D模型，并将其导出为.stl格式文件，再将其导入切片分层软件进行路径规划，得到gcode文件，即可导入直写成型3D打印机进行挤出控制；2)将制备好的凝胶电解质浆料填充进柱塞筒，并将柱塞筒放入3D打印机相应位置；3)先调节3D打印机初始位置，再运行gcode程序，螺杆转动，带动法兰向下运动，在柱塞筒内提供一个均匀压强，使凝胶电解质浆料从喷嘴挤出，并随着打印机X、Y轴的移动，将挤出浆料按设计形状沉积在基板上，即可得到基膜素坯；4)将打印得到的基膜在干燥箱内烘干，将烘干后的基膜从基板上取下，即可得到3D打印基膜；S3、基膜活化：将制备的3D打印基膜放入手套箱内，并在手套箱内将配制好的电解液倒入开口容器中，再将基膜浸泡在电解液当中得到凝胶电解质。2.根据权利要求1所述的凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述凝胶聚合物为偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷或者聚偏氟乙烯中的一种或多种，所述凝胶聚合物的添加量为溶剂质量5％～20％。3.根据权利要求1所述的凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯或者碳酸二乙酯中的一种或多种，所述增塑剂的添加量为溶剂质量15％～30％。4.根据权利要求1所述的凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮。5.根据权利要求1所述的凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐月娇，张亮，李坚，鲁中良，苏纪宏，胡锦飞，石斌，陈晓涛，唐立成，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：