一种改性隔膜-电解液一体化固态电解质的制备方法及电池技术

本发明专利技术公开了一种改性隔膜

【技术实现步骤摘要】
一种改性隔膜
‑
电解液一体化固态电解质的制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及一种改性隔膜
‑
电解液一体化固态电解质的制备方法及电池，属于锂电池电解质制备领域。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其优异的电化学性能(例如高能量密度，长循环寿命，低自放电等)以及绿色无污染而被广泛应用于电子设备和电动汽车。然而，使用有机液体电解质的商用锂离子电池仍存在一些缺点。一方面，液体电解质的流动性导致了严重的泄露风险；另一方面，锂离子电池隔膜常用多孔聚烯烃膜，热稳定性差，电池内部温度升高时隔膜强度明显下降，导致穿刺短路的风险，使高温下安全隐患急剧增加。
[0003]针对以上安全问题，常用的解决方法是在聚烯烃类有机隔膜上涂覆有机或无机改性材料以提升隔膜性能。然而，通常用于改性隔膜的无机颗粒或有机涂料与隔膜基体的结合力较弱，易发生改性材料的脱落现象，其稳定性仍待提升。另外，尽管改性后的隔膜在保液性能上有所提升，但在高压力下其中吸收的电解液仍有渗出风险。
[0004]因此有必要提供一种新的电解质设计思路，为锂离子电池的安全推广提供条件。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的是提供一种改性隔膜
‑
电解液一体化固态电解质的制备方法及电池。其中包含隔膜的一体化聚合物骨架形成的同时将电解液包含在其中，防范了电解液泄露风险，并增强了与高电压正极材料的适配性。另外，解质通过紫外光辐照引发改性剂聚合一步形成，工艺简单，可进行大规模生产，应用该一体化固态电解质的锂离子电池具有稳定的循环性能和倍率性能。
[0006]为了达到上述的专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种改性隔膜
‑
电解液一体化固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将改性剂、交联剂和光引发剂按溶于电解液中，超声分散后搅拌均匀，得到含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液；
[0009]S2、将隔膜浸入含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液中浸渍；
[0010]S3、取出隔膜后置于紫外光下辐照，得到改性隔膜
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电解液一体化固态电解质。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，改性剂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、亚甲基丁二酸、顺丁烯二酸酐、丙烯酰胺乙醇酸甲酯甲基醚、N
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[4
‑
(2,3
‑
环氧丙氧基)
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2,5
‑
二甲基苄基]丙烯酰胺、2
‑
甲基丙烯酰异氰酸氧乙酯与甲基丙烯酸2
‑
(1
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乙撑亚胺)乙酯中的一种。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，交联剂为二乙烯基苯、N,N'
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双丙烯酰胱胺、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基异三聚氰酸酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，光引发剂为二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酸叔丁基酯中的一种。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，电解液通过以下过程制得：将导电锂盐加入到溶剂中，混合均匀，得到浓度为1mol/L的电解液。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，导电锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂中的一种，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯与碳酸甲乙酯中的一种或多种。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，电解液溶液中改性剂的浓度为15
‑
30wt％，电解液溶液中交联剂的浓度为5
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10wt％，电解液溶液中光引发剂的浓度为1.5
‑
3wt％。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，浸渍时间为12
‑
24h。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，紫外光灯功率为1000w；所述紫外光辐照时间为3min
‑
30min。
[0019]一种固态锂离子，该电池包括权利要求1
‑
9中任意一项所述方法制备的改性隔膜
‑
电解液一体化固态电解质。
[0020]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0021]本专利技术使用紫外光辐照接枝法将改性剂通过化学键的方式结合在牢固隔膜表面上，并在改性剂结合过程中将电解液包含在其中，形成改性隔膜
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电解液一体化的固态电解质。原位形成聚合物骨架的方法，既增加了隔膜的机械强度，又避免了常用改性方法中无机纳米粒子易脱落的缺点，提高了隔膜的使用寿命。其中隔膜的拉伸强度提高至3.28
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4.22倍。隔膜表面涂覆聚合物中的官能团如羧基、羟基、酯基、酰胺基等亲水性强，化学结构稳定，既能够提升隔膜的吸液量，保证更高的电解液含量，提升离子电导率，又能提高电解质的电化学稳定性，与高电压正极材料匹配。本专利技术中包含隔膜的一体化聚合物骨架在形成的同时将电解液包含在其中，既保留了完整的电解液成分，又形成一体化固态电解质，避免了电解液泄露风险，极大提高了电解质安全性，同时简化了制备工艺。本专利技术中所使用的电解液成分可以与商用电解液成分相同，贴合现有的锂电池生产工艺，降低了原料成本，故本专利技术可应用于规模化生产。
[0022]本专利技术的改性隔膜
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电解液一体化固态电解质可应用到固态锂离子电池中，相应电池表现出较好的循环性能以及倍率性能。以磷酸铁锂/石墨电池为例，在循环100次后的容量保持率在97.2％
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99.6％，表现出较好的循环稳定性。
附图说明
[0023]图1为根据本专利技术实施例1制备的固态锂电池的放电容量及库伦效率。
[0024]图2为线性伏安扫描曲线。
具体实施方式
[0025]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步说明描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。所述实施例为实验过程中优选的，仅用于对本专利技术进行更加完整的说明，但并不能理解为对本专利技术的适用范围进行限制。
[0026]本专利技术中使用的仪器和药品材料均为市售。
[0027]首先，对本专利技术的改性隔膜
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电解液一体化固态电解质进行说明。
[0028]在本专利技术中提出了一种改性隔膜
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电解液一体化固态电解质，该电解质由：聚烯烃
隔膜、改性剂、交联剂、光引发剂和电解液组成。
[0029]所述隔膜材料为聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜、以及PP/PE/PP三层复合膜中的一种。
[0030]优选地，聚丙烯(PP)单层膜的型号为2500隔膜，聚乙烯(PE)单层膜的型号为2325隔膜，隔膜与PP/PE/PP三层复合膜的型号为2320隔膜。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性隔膜
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电解液一体化固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将改性剂、交联剂和光引发剂按溶于电解液中，超声分散后搅拌均匀，得到含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液；S2、将隔膜浸入含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液中浸渍；S3、取出隔膜后置于紫外光下辐照，得到改性隔膜
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电解液一体化固态电解质。2.根据权利要求1所述的一种改性隔膜
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电解液一体化固态电解质的制备方法，其特征在于，改性剂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、亚甲基丁二酸、顺丁烯二酸酐、丙烯酰胺乙醇酸甲酯甲基醚、N
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[4
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(2,3
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环氧丙氧基)
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2,5
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二甲基苄基]丙烯酰胺、2
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甲基丙烯酰异氰酸氧乙酯与甲基丙烯酸2
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(1
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乙撑亚胺)乙酯中的一种。3.根据权利要求1所述的一种改性隔膜
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电解液一体化固态电解质的制备方法，其特征在于，交联剂为二乙烯基苯、N,N'
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双丙烯酰胱胺、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基异三聚氰酸酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种。4.根据权利要求1所述的一种改性隔膜
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电解液一体化固态电解质的制备方法，其特征在于，光引发剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明涛，田晓录，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：