一种凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用，该凝胶聚合物电解质，包括以下原料：嵌段共聚物PVDF‑b‑PTFE纳米纤维膜、聚合单体、电解液和助剂。其制备方法包括以下步骤：S1、将所述聚合单体、电解液和助剂混合，制得前驱体溶液；S2、将所述嵌段共聚物PVDF‑b‑PTFE纳米纤维膜添加至所述前驱体溶液中，在高于60℃下反应，即得所述凝胶聚合物电解质。本发明专利技术制备的凝胶聚合物电解质具有优异的离子电导率，而且具备了良好的空间尺寸稳定性及化学、电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用。
技术介绍
锂离子电池(lithiumionbattery，LIB)具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、环境友好且自放电小等优点，可以作为电动汽车、混合动力汽车，插电式混合动力汽车，工业及智能电网中便携储能设备，在日后的使用中拥有广阔的应用前景。电解质作为LIB中极为重要的组成部分之一，其对LIB的安全性和电化学性能都有极大的影响。传统的电解质材料是以有机液体电解质为主，其他为辅，但是有机液态电解质极易发生漏液和气胀等问题，从而引发一系列的安全问题。固体电解质的安全性好，但与电极接触性较差导致界面阻抗高，且大多数固体电解质的室温离子电导率较低，不能满足锂离子电池的需要。而凝胶聚合物电解质是基于全固态聚合物电解质添加相应增塑剂形成的电解质，它结合了聚合物基体的优异特性(如机械稳定性、柔韧性和不易泄漏等)与液态有机电解质的优异离子传导性，这种组合既具有固体的内聚性，又具有液体的扩散性。它的好处也包括了没有内部短路、电解液漏出以及液体电解质中存在的电极表面处的副反应产物。虽然凝胶聚合物电解质具有很多优异的性能，但其也存在机械强度低，难以抵抗在电池使用过程中锂枝晶的破坏；成本较高，导致其产业化应用受阻等问题。因此，需要开发一种凝胶聚合物电解质及其制备方法，该电解质机械强度高且电化学性能优异。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题为：提供一种凝胶聚合物电解质，该电解质机械强度高且电化学性能优异。本专利技术要解决的第二个技术问题为：提供上述凝胶聚合物电解质的制备方法。本专利技术要解决的第三个技术问题为：提供上述凝胶聚合物电解质的应用。为解决上述第一个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种凝胶聚合物电解质，包括以下原料：嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜、聚合单体、电解液和助剂。根据本专利技术的一些实施方式，所述助剂包括引发剂和电解液溶剂。根据本专利技术的一些实施方式，所述聚合单体包括丙烯酸酯体系、不饱和离子液体体系和碳酸亚乙烯酯体系中的一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述丙烯酸体系包括甲基丙烯酸甲酯。根据本专利技术的一些实施方式，所述引发剂包括偶氮类引发剂和过氧化物引发剂中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述过氧化物引发剂包括过氧化苯甲酰。根据本专利技术的一些实施方式，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈。根据本专利技术的一些实施方式，所述电解液溶剂包括碳酸酯。根据本专利技术的一些实施方式，所述碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。根据本专利技术的一些实施方式，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯质量比约为1：1：1。根据本专利技术的一些实施方式，所述电解液包括六氟磷酸锂。根据本专利技术的一些实施方式，所述聚合单体与电解液的质量比为1：2～4。根据本专利技术的一些实施方式，所述聚合单体与电解液的质量比为1：2.5～3；所述引发剂质量为聚合单体质量的0.5％～1％。根据本专利技术的一些实施方式，所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜的制备原料包括嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末和有机溶剂。根据本专利技术的一些实施方式，所述嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末在制备原料中的质量分数为5％～10％；更优选地，所述嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末在制备原料中的质量分数为7％～8％。根据本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括酰胺类溶剂和酮类溶剂中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述酰胺类溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述酮类溶剂包括丙酮。根据本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺和丙酮。根据本专利技术的一些实施方式，当所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和丙酮时，所述N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的质量比为1～7:1；再进一步优选地，所述N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的质量比为7:3。根据本专利技术的一些实施方式，所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜的制备方法包括以下步骤：将所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE粉末添加至有机溶剂中，静电纺丝，即得所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜。根据本专利技术的一些实施方式，所述静电纺丝的参数为：直流电压15kV～25kV，灌注速度0.5mL/h～1.0mL/h，接收距离15cm～25cm，纺丝温度20℃～50℃，湿度20％～70％，真空干燥温度80℃～100℃，真空干燥时间4h～8h。利用静电纺丝制得了高弹性、高粘性和高孔隙率嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜。根据本专利技术实施方式的凝胶聚合物电解质，至少具备如下有益效果：本专利技术以静电纺丝制得的嵌段共聚物PVDF-b-PTFE膜(高弹性、高粘性、孔隙率80％以上)三维骨架为主干，在其内部及表面进行单体原位聚合形成了复合凝胶电解质，为单体的原位聚合提供了更多聚合空间，还提供力学支撑提高了机械性能及热稳定性。本专利技术制备的凝胶聚合物电解质的离子电导率高，而且具备了良好的空间尺寸稳定性及化学、电化学性能。为解决上述第二个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：上述凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、将所述聚合单体、电解液和助剂混合，制得前驱体溶液；S2、将所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜添加至所述前驱体溶液中，在60℃～200℃下聚合反应，即得所述凝胶聚合物电解质。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述聚合反应的时间为2h～4h。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述聚合反应后静置约24h。根据本专利技术实施方式的制备方法，至少具备如下有益效果：本专利技术的制备方法设备简单、原料价格低廉、生产效率高和原料适应性广，具备了良好的商业前景。为解决上述第三个技术问题，本专利技术提供的技术方案为：上述的凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用。根据本专利技术实施方式的应用，至少具备如下有益效果：该凝胶聚合物电解质制成的锂离子电池，离子导电性好，电化学性能优异。附图说明图1为本专利技术实施例一～二制备嵌段凝胶聚合物电解质的工艺流程图；图2为本专利技术实施例一制得的嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜SEM图；图3为本专利技术实施例一～二制得的凝胶聚合物电解质交流阻抗图谱。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：包括以下原料：嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜、聚合单体、电解液和助剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：包括以下原料：嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜、聚合单体、电解液和助剂。


2.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述助剂包括引发剂和电解液溶剂。


3.根据权利要求2所述的一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述聚合单体包括丙烯酸酯体系、不饱和离子液体体系和碳酸亚乙烯酯体系中的一种；优选地，所述引发剂包括偶氮类引发剂和过氧化物引发剂中的至少一种；更优选地，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种；更优选地，所述过氧化物引发剂包括过氧化苯甲酰；进一步优选地，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈；优选地，所述电解液溶剂包括碳酸酯；更优选地，所述碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种；进一步优选地，所述电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯；更进一步优选地，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯质量比约为1：1：1。


4.根据权利要求2所述的一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述电解液包括六氟磷酸锂；优选地，所述聚合单体与电解液的质量比为1：2～4；更优选地，所述聚合单体与电解液的质量比为1：2.5～3；所述引发剂质量为聚合单体质量的0.5％～1％。


5.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述嵌段共聚物PVDF-b-PTFE纳米纤维膜的制备原料包括嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末和有机溶剂；优选地，所述嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末在制备原料中的质量分数为5％～10％；更优选地，所述嵌段共聚物PVDF-PTFE粉末在制备原料中的质量分数为7％～8％；优选地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫建华，管梦昕，赵景，于晖，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东;44