一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜及制备方法。所述嵌段聚合物电解质膜由以下步骤制得：a、将二价铁盐、三价铁盐、含有表面活性剂的碱溶液加入去离子水中，反应得到纳米四氧化三铁粒子；b、将纳米四氧化三铁粒子加入苯乙烯和乙二醇的混合溶液，球磨分散得到浆体；c、向浆体中加入聚苯乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及电解质膜的制备，尤其是涉及一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池能量密度高，稳定性强，无记忆效应，循环寿命长，作为一种商业化的高效储能器件，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等电子产品中，并成为未来电动汽车用动力电池的首选电源之一。与液态电池相比，电池采用聚合物电解质后不会产生漏液和燃烧爆炸等危险，可使用复合铝塑膜壳体，具有任意面积化和任意形状化优点，同时还能有效阻止金属锂上枝晶的生成，使锂作为负极成为可能，从而可极大提高电池的比容量。
[0003]聚合物锂离子电池已部分替代液态锂离子电池，但性能仍不够理想，存在着高倍率充放电性能及低温性能不好等问题，聚合物电解质电导率低是主要原因。在高倍率放电时，电池内部的欧姆降较大，活性物质利用率下降；且聚合物电解质在化成过程中可能发生氧化或分解，引起气胀现象。提高聚合物锂离子电池性能的关键之一，是研制具有良好的离子导电率、电化学稳定性及有一定机械强度的聚合物电解质。
[0004]专利申请号201611126398.9公开了一种有机无机复合全固态电解质及其制备与应用方法，属于锂离子电池领域。该有机无机复合全固态电解质以无机快锂离子导体构成高度有序三维连接网络骨架，聚合物高分子与锂盐填充于三维连接网络。制备得到了柔性的可控三维连接网络结构的有机无机复合全固态电解质。
[0005]专利申请号201510732989.X公开了一种交联高分子电解质膜的制备方法，先用3,3
’-
二氨基联苯胺与过量的1,4,5,8-萘四甲酸二酐反应得到萘酐封端的预聚物，然后用1,4,5,8-萘四甲酸二酐与过量的4,4
’-
二(-氨基苯氧基)联苯-3,3
’
二磺酸反应得到氨基封端的预聚物，最后将所述萘酐封端的预聚物与稍过量的氨基封端的预聚物共聚得到少量氨基封端的聚吡咙-磺化聚酰亚胺嵌段共聚物，接着与环氧硅烷偶联剂KH-560以及苯醚混合溶解后，浇筑制膜并质子交换后，再用多聚磷酸进一步交联。
[0006]专利申请号201611177785.5公开了一种固态聚合物电解质膜，包括壳聚糖三维隧道，吸附在壳聚糖三维隧道的内壁上的高电导率的聚合物分子以及吸附在聚合物分子上的锂盐；壳聚糖三维隧道为以分子量为50~500K的壳聚糖为单体进行交联聚合形成有多个微纳米级孔洞的网络结构；所述的高电导率的聚合物分子为分子量为50~500k的聚醚类化合物、聚氨类化合物或者聚硫醚类化合物中的一种。
[0007]专利申请号201310418975.1公开了一种聚合物固体电解质的制造方法，其原料甲氨基丁酸锂采用一定浓度的NaOH水溶液在氮气的保护下，与N-甲基吡咯烷酮反应之后，再加入氯化锂来置换出其中的钠离子而得到的。然后将得到的甲氨基丁酸锂与无机锂等溶解于一定温度的丙酮-甲醇溶剂获得含有甲氨基丁酸锂和碘化锂或碘酸锂的聚甲基丙烯酸甲酯的丙酮-甲醇溶液，然后将该溶液均匀的涂覆到聚偏氟乙烯半透膜上，经过反复多次的涂覆，制成一定厚度的含有机锂的聚合物固体电解质膜。
[0008]由此可见，现有技术中的锂电池聚合物基电解质存在电导率相对较低的问题，对于电解质膜的实际使用具有较大的限制，传统的改进方式大多为使用高导电有机相进行交联，但其反应过程及结构难以有效控制，导致电解质膜各区域阻抗分布不均，对于电池的整体性能有不利的影响。因此，对于聚合物固态电解质的结构调控具有十分重要的实际意义。

技术实现思路

[0009]为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜及制备方法，可有效改善聚合物电解质内部结构，从而提高电解质的电导率。
[0010]本专利技术的具体技术方案如下：一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的制备方法，具体的制备步骤为：a、将二价铁盐与三价铁盐按照摩尔比例1:1.7~2的比例混合，得到混合铁盐，之后加入去离子水中，并加入含有表面活性剂的碱溶液进行反应，经分离、洗涤、烘干等后续处理，得到纳米四氧化三铁粒子；b、将苯乙烯和乙二醇混合均匀，配置为溶液，将步骤（a）得到的纳米四氧化三铁粒子加入溶液中，进行球磨分散均匀，得到混合浆体；c、向步骤b得到的混合浆体中加入聚苯乙烯-氧化乙烯嵌段聚合物和引发剂，在100-120℃超声搅拌处理2-4h，之后将浆料涂布于玻璃基板表面，并在垂直于基体平面方向引入磁场并干燥，诱导磁性颗粒进行二维有序排列，获得具有高度有序二维结构的锂电池的嵌段聚合物电解质膜。
[0011]优选的，所述步骤a中，二价铁盐为氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的至少一种。
[0012]优选的，所述步骤a中，三价铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种。
[0013]优选的，所述步骤a中，表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、甘胆酸钠中的至少一种。
[0014]优选的，所述步骤a中，碱溶液为质量浓度为30~40%的氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种。
[0015]优选的，步骤a中，混合铁盐30~35重量份、去离子水43~54重量份、表面活性剂1~2重量份、碱溶液15~20重量份。
[0016]优选的，步骤b中，苯乙烯30~40重量份、乙二醇45~60重量份、纳米四氧化三铁粒子10~15重量份。
[0017]优选的，所述步骤c，引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、2-乙基己基碳酸叔丁酯中的一种。
[0018]优选的，步骤c所述嵌段聚合物制备中，混合浆体97~99重量份、引发剂1~3重量份、聚苯乙烯-氧化乙烯嵌段聚合物45-60重量份。
[0019]优选的，所述步骤c中，嵌段聚合物制备中，磁场为汝铁硼永磁体提供的0.8T的定向磁场，其磁场方向垂直于薄膜。
[0020]四氧化三铁纳米粒子是一种重要的尖晶石类铁氧体，具有超顺磁性、小尺寸效应和量子隧道效应等，是应用最广泛的软磁性材料之一。本专利技术通过在聚合物电解质中负载四氧化三铁纳米粒子，通过磁场取向调整电解质膜的结构，可有效促进锂离子在电解质膜内的传导，显著提高了电导率。
[0021]本专利技术上述内容还提出一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜，由以下步骤制得：a、将二价铁盐、三价铁盐、含有表面活性剂的碱溶液加入去离子水中，反应得到纳米四氧化三铁粒子；b、将纳米四氧化三铁粒子加入苯乙烯和乙二醇的混合溶液，球磨分散得到浆体；c、向浆体中加入引发剂，超声搅拌反应后涂布于玻璃基板表面，置于磁场作用下进行干燥，即得。
[0022]本专利技术的有益效果为：1.提出了在聚合物电解质中负载磁性颗粒制备高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的方法。
[0023]2.本专利技术通过有机相负载磁性颗粒使电解质膜整体具有高度有序的结构，有利于锂离子在电解质膜内部的传导，提供离子传导率。
附图说明
[0024]图1是本专利技术工艺中磁化处理设备结构示意图，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：具体的制备步骤为：a、将二价铁盐与三价铁盐按照摩尔比例1:1.7~2的比例混合，得到混合铁盐，之后加入去离子水中，并加入含有表面活性剂的碱溶液进行反应，经分离、洗涤、烘干，得到纳米四氧化三铁粒子；b、将苯乙烯和乙二醇混合均匀，配置为溶液，将步骤（a）得到的纳米四氧化三铁粒子加入溶液中，进行球磨分散均匀，得到混合浆体；c、向步骤b得到的混合浆体中加入聚苯乙烯-氧化乙烯嵌段聚合物和引发剂，在100-120℃超声搅拌处理2-4h，之后将浆料涂布于玻璃基板表面，并在垂直于基体平面方向引入磁场并干燥，诱导磁性颗粒进行二维有序排列，获得具有高度有序二维结构的锂电池的嵌段聚合物电解质膜。2.根据权利要求1所述一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，二价铁盐为氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，三价铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种高度有序的锂电池嵌段聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，表面活性剂为硬脂酸、十...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖健淞，陈庆，司文彬，李钧，
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：