一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术旨在提供一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料从上至下依次包括聚合物层、复合层和功能界面层，其中，所述复合层包括石墨烯和纳米线复合而成的框架结构，所述框架结构中具有空隙，所述空隙中填充有聚合物；所述功能界面层由所述石墨烯和纳米线复合而成的框架结构组成；所述聚合物为聚氧化乙烯。本发明专利技术还涉及上述含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法，以及在锂电池中的应用。锂电池中的应用。锂电池中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及薄膜材料领域，具体地涉及一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料和制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着经济与科技高速发展，化石能源逐渐枯竭问题日益凸显，研究、开发和利用高效、清洁可再生能源迫在眉睫。在众多可再生能源中，锂离子电池表现出优异的储能性能，是解决能源危机和环境问题的有效途径之一。但是，由于有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使传统锂离子电池的发展受到限制。相比较而言，全固态电池因其具有高安全性、高能量密度和可柔性化等特点，被认为是下一代新型动力电池和储能型电池的首选方向。
[0003]目前，阻碍固态电池继续发展的瓶颈主要包括较低的离子电导率和较差界面接触。针对离子电导率，通过有机/无机电解质材料的复合，可有效提高固态电解质室温电导率。对于界面问题，主要采用构建缓冲层等方法缓解界面接触不良、降低界面阻抗的方法加以解决。在近几年中，已经报道了有关涂层改性的电极/固态电解质界面的大量相关研究，显示出优异的界面改性效果，但内部正极颗粒之间的还是点对点接触仍然有待解决。固态电解质仍无法完全渗透简单堆叠的颗粒之间的间隙，固态电解质的涂层厚度也会影响系统中的电子传输。此外，由于正极颗粒的体积变化，在循环后观察到一些无机缓冲层的裂纹，这大大降低了固态电池的循环稳定性。
[0004]因此亟需合理构筑固态电池的正极界面材料，以提升固态电池性能。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术公开了一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，应用于固态电池领域，作为固态电池的正极界面材料。本专利技术还公开了上述含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法。
[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其通过以下技术手段得以实现。
[0007]一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其从上至下依次包括聚合物层、复合层和功能界面层，
[0008]其中，
[0009]所述复合层包括石墨烯和纳米线复合而成的框架结构，所述框架结构中具有空隙，所述空隙中填充有聚合物；
[0010]所述功能界面层由所述石墨烯和纳米线复合而成的框架结构组成；
[0011]所述聚合物为聚氧化乙烯。
[0012]进一步地，所述复合层中聚合物的含量为所述复合层的40
‑
50wt％。
[0013]进一步地，所述复合层的厚度为25
‑
35μm。
[0014]进一步地，所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料的厚度为30
‑
40μm。
[0015]进一步地，所述纳米线的直径为100
‑
200nm，所述纳米线的长度为5
‑
10μm。
[0016]本专利技术的另一个目的是提供上述纳米线的复合薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1.将纳米线和石墨烯分散在水中，除去水后得到含纳米线的薄膜；
[0018]S2.将所述聚合物、锂盐和乙腈混匀，得到电解质溶液；
[0019]S3.将所述电解质溶液滴加在所述含纳米线的薄膜表面，静置后干燥。
[0020]在上述过程中，含聚氧化乙烯的电解质溶液滴加在含纳米线的薄膜表面，并静置一段时间。由于纳米线的薄膜微观上是由石墨烯和纳米线复合而成的框架结构组成的，其具有无数微小尺寸的空隙，因此聚氧化乙烯会随着电解质溶液缓慢地渗透至含纳米线的薄膜的内层，并且逐渐填充该空隙；待静置一段时间后，靠近电解质溶液的含纳米线的薄膜段的空隙几乎完全被含聚氧化乙烯的电解质溶液填充，因此聚合物在该段厚度的含纳米线的薄膜的含量变为恒定；
[0021]进一步地，聚氧化乙烯随着电解质溶液向更深的含纳米线的薄膜段渗透的过程中，此时停止静置，并将该含纳米线的薄膜进行高温下干燥。在干燥过程中，乙腈溶剂被除去，而聚氧化乙烯则凝固，从而聚氧化乙烯完全丧失了流动性。含聚合物的纳米线复合薄膜材料随之制备而成，其包括三层结构：
[0022]表面的聚合物层，为之前残留在含纳米线的薄膜表面、且未渗透至纳米线的薄膜内层的电解质溶液中的聚氧化乙烯凝固所得。
[0023]紧邻聚合物层的复合层，其为聚氧化乙烯充分渗透的纳米线的薄膜段。在该段纳米线的薄膜中，聚氧化乙烯充分填充在含纳米线的薄膜的空隙中，因此聚氧化乙烯在该段纳米线的薄膜的含量恒定。
[0024]远离聚合物层的功能界面层，其为聚氧化乙烯未充分渗透的纳米线的薄膜段。在该段纳米线的薄膜中，聚氧化乙烯未充分填充在含纳米线的薄膜的空隙中，造成部分纳米线的薄膜中仅含有石墨烯和纳米线复合而成的框架。在该功能界面层中，聚氧化乙烯的含量通常随着纳米线的薄膜厚度的增大而减小，直至含量为0％。
[0025]进一步地，所述电解质溶液中，所述聚合物的浓度为0.05
‑
0.1g mL
‑1。
[0026]对聚合物浓度进行控制可以使其具有适当粘度，有利于上述聚合物渗透到石墨烯和纳米线复合而成的框架结构的空隙中。
[0027]进一步地，所述电解质溶液中，所述锂盐的浓度为0.02
‑
0.06g mL
‑1。
[0028]本专利技术的另一个目的在于提供上述含聚合物的纳米线复合薄膜材料在固态电池中的应用。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术公开了一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，从上至下依次包括复合层、聚合物层和功能界面层。其中，复合层中的石墨烯和纳米线复合材料而成的框架结构具有稳定的结构强度与韧性；待聚合物电解质溶液完全浸润到框架结构的空隙后，传统工艺中的正极材料(相当于本申请的纳米线)和导电剂(相当于本申请的石墨烯)之间点对点的接触方式将改变为正极材料和导电剂之间的大面积接触，从而形成了稳定的离子/电子三维传输通道，有助于提高正极材料内部的锂离子传输效率和结构稳定性。
[0031]本专利技术公开的含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法，使聚合物电解质在含聚合物的纳米线复合薄膜材料上下表面处呈不同的聚集状态，具有更多聚合物电解质的一侧表面提供了与固态电解质的平滑接触，而具有更多电子导电纳米线/石墨烯的一侧表面提供了快速的电子传输。对于界面的精准控制使得复合正极在具备一体化稳定结构的同时，显著提高了实际使用的性能。
[0032]本专利技术公开的上述含聚合物的纳米线复合薄膜材料的制备方法，具有操作简单、合成时间短、条件温和、成本低廉并可大规模制备、符合绿色化学的要求等优点，有利于市场化推广。
附图说明
[0033]图1中，
[0034](a)图为纳米线和石墨烯复合而成的框架结构的X射线衍射图谱，(b)图为H2V3O8材料标准X射线衍射图谱；
[0035]图2中，
[0036](a)图示出了含聚合物的纳米线复合薄膜材料的形貌图；
[0037](b)图示出了含聚合物的纳米线复合薄膜材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其特征在于，所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料从上至下依次包括聚合物层、复合层和功能界面层，其中，所述复合层包括石墨烯和纳米线复合而成的框架结构，所述框架结构中具有空隙，所述空隙中填充有聚合物；所述功能界面层由所述石墨烯和纳米线复合而成的框架结构组成；所述聚合物为聚氧化乙烯。2.根据权利要求1所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其特征在于，所述复合层中聚合物的含量为所述复合层的40
‑
50wt％。3.根据权利要求1所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其特征在于，所述复合层的厚度为25
‑
35μm。4.根据权利要求1所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其特征在于，所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料的厚度为30
‑
40μm。5.根据权利要求1所述含聚合物的纳米线复合薄膜材料，其特征在于，所述纳米线的直径为100
‑
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，程宇，陈一鸣，麦立强，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：