一种复合固态聚合物电解质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合固态聚合物电解质的制备方法，其包括：S1、将电解质锂盐分散于有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得电解质溶液；S2、边搅拌边依次向电解质溶液中加入氮化硼纳米粉末、g

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态聚合物电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固态电解质
，尤其是一种复合固态聚合物电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]储能系统发展的趋势是高能量密度的电池，使用锂金属作为电池的阳极可以极大地提高电池的能量密度。但是锂金属电池在循环过程中容易产生锂枝晶，这可能刺穿隔膜导致电池短路从而是电池燃烧或爆炸，极大地限制了锂金属电池的实际应用。固态电解质的应用在锂金属电池中可以提升其安全性，尤其是固态聚合物电解质因具有良好的柔韧性、优异的加工性能以及与锂金属阳极界面电阻较低等优点而受到广泛关注。现有技术中，全固态聚合物电解质电池采用聚氧化乙烯作为聚合物基体，但聚氧化乙烯基体系结晶性高，室温下离子电导率很低，必须提升一定温度后才能使电池正常运行。但随着温度的升高、逐渐接近聚合物电解质的玻璃化转化温度时，电解质的机械强度大幅降低，难以抑制锂枝晶的生长。通过研究发现，提高聚合物电解质的机械强度和界面稳定性可以抑制锂枝晶的生长，进而提升锂金属电池的循环稳定性。
[0003]为了提高聚合物电解质的机械强度，有研究人员提出一种技术，即先制备聚氧化乙烯聚合物电解质，然后通过热压转印法将化学剥离法制备的氮化硼纳米片涂覆到PEO聚合物电解质膜上。通过氮化硼纳米片涂覆层可以增强PEO聚合物电解质表面的机械强度，保证电解质和锂金属的界面保持稳定，减小尖端效应，使锂离子流分布均匀，抑制锂枝晶的生长，提升固态电解质的循环稳定性和倍率性能。然而，这种方法虽然提升了聚合物电解质的机械强度，但制备的电解质表面粗糙度较大，而该方法不仅工艺较复杂不适宜工业化生产，且其对聚合物电解质整体机械性能的提升不明显，限制了PEO聚合物电解质的实际应用。此外，该现有技术只关注于提升聚合物电解质的机械强度、抑制锂枝晶的生长，而对该固态电解质的锂离子电导率没有提升作用，其电化学性能仍不理想。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种复合固态聚合物电解质及其制备方法，其解决了现有技术制备的PEO固态电解质机械强度低、表面平整度差、离子电导率较低、制备条件苛刻等技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种复合固态聚合物电解质的制备方法，其包括：
[0009]S1、将电解质锂盐分散于有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得电解质溶液；
[0010]S2、边搅拌边依次向电解质溶液中加入氮化硼纳米粉末、g
‑
C3N4、PEO、PVDF和粉体分散剂，充分搅拌，直至得到暗黄色的浆料；
[0011]S3、将S2制备的浆料涂覆在光洁平整的平板上，真空干燥，在平板上得到固体膜；通过水浸法使该固体膜脱离该平板并漂浮起来；
[0012]S4、将该固体膜夹持两片光洁平整的平板之间，进行烘干，即得到表面平整的复合固态聚合物电解质。
[0013]根据本专利技术的较佳实施例，S1中，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)和/或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSi)。当然，电解质锂盐还可以是四氟硼酸锂(LiBF4)。
[0014]根据本专利技术的较佳实施例，S1中，所述有机溶剂为DMF、NMP、DMAC及DEF中的任一种，优选是DEF环保溶剂。
[0015]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，所述氮化硼为采用湿法球磨制得的氮化硼纳米粉末，其粒径为45
‑
50nm。
[0016]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，搅拌过程分为三个阶段，第一阶段为：向电解质溶液中加入氮化硼纳米粉末、g
‑
C3N4、PEO、PVDF和粉体分散剂时边搅拌边加料，搅拌速度为300
‑
400rpm(优选为350rpm)；第二阶段为：加料完成后，搅拌速度调到700
‑
800rpm(优选为750rpm)，搅拌50
‑
90min(优选为60min)；第三阶段为：搅拌速度升至1000
‑
1200rpm(优选为1000rpm)，搅拌5
‑
7h(优选为6h)，可得到暗黄色的浆料。
[0017]根据本专利技术的较佳实施例，S3中，所述光洁平整的平板为玻璃，所述涂覆方法为刮涂或旋涂等，根据需要制备的固态聚合物电解质膜的厚度调节浆料的涂覆厚度。
[0018]根据本专利技术的较佳实施例，S3中，真空干燥条件为75
‑
85℃下干燥5
‑
8h；优选是80℃干燥6h。
[0019]根据本专利技术的较佳实施例，S1中，电解质溶液中电解质锂盐的浓度为55
‑
65g/L；优选为60g/L。
[0020]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，电解质锂盐、氮化硼纳米粉末、g
‑
C3N4、PEO、PVDF质量比为14
‑
16：6
‑
7:2.5
‑
3.5:30:5
‑
15；优选地，前述各物料的质量比为15:6
‑
7:3:30:10。
[0021]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，所述粉体分散剂为澳达粉体分散剂AD8085或AD8058，其用量为浆料总体积的0.00005
‑
0.0001％。
[0022]第二方面，本专利技术提供一种复合固态聚合物电解质，其采用上述任一实施例的制备方法制备得到。
[0023](三)有益效果
[0024]相较于现有技术，本专利技术的创新及技术效果主要包括：
[0025](1)在制备浆料时，掺入占PEO质量约1/3的PVDF，将PVDF分散到PEO非均相体系中，从而破坏了PEO的结晶，降低PEO的结晶度，提高电化学性能(包括离子电导率、击穿电压等电化学性能等)，还改善了机械强度和柔韧性。
[0026](2)在制备浆料时，将氮化硼纳米粉末直接加入并混合到PEO体系的浆料中，相较于现有技术的热压转印法，本专利技术不仅制备工艺简单，同时还能通过共混降低PEO的结晶度，并能均匀且有效地提升PEO固态电解质膜整体的机械强度，降低固态电解质膜表面的粗糙度，电解质膜表面更加平整，应用性能更好。此外，本专利技术使用湿法球磨制备氮化硼纳米粉末，相比现有技术中采用化学剥离制备的氮化硼纳米片粒径更细小(45
‑
50nm)，有利于获得表面平整度更好的固态电解质膜。此外，在制备浆料时，先制备电解质锂盐的溶液，锂盐可完全溶解在溶剂中，然后再加入氮化硼纳米粉体、g
‑
C3N4、PVDF等进行搅拌，可保证电解质
锂盐在浆料中的均匀性。
[0027](3)在制备浆料时，还加入一定量的多孔片层结构的g
‑
C3N4，其不仅通过与聚合物PEO产生较强的交联作用(通过SEM确认)，降低了聚合物的结晶倾向，同时g
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，其包括：S1、将电解质锂盐分散于有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得电解质溶液；S2、边搅拌边依次向电解质溶液中加入氮化硼纳米粉末、g
‑
C3N4、PEO、PVDF和粉体分散剂，充分搅拌，直至得到暗黄色的浆料；S3、将S2制备的浆料涂覆在光洁平整的平板上，真空干燥，在平板上得到固体膜；通过水浸法使该固体膜脱离该平板并漂浮起来；S4、将该固体膜夹持两片光洁平整的平板之间，进行烘干，即得到表面平整的复合固态聚合物电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSi)、四氟硼酸锂(LiBF4)中至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述有机溶剂为DMF、NMP、DMAC及DEF中的任一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述氮化硼为采用湿法球磨制得的氮化硼纳米粉末，其粒径为45
‑
50nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，搅拌过程分为三个阶段，第一阶段为：向电解质溶液中加入氮化硼纳米粉末、g
‑
C3N4、PEO、PVDF和粉体分散剂时边搅拌边加料，搅拌速度为300
‑
400rpm；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：母静波，徐锋，苏碧海，石琳琳，赵远向，
申请(专利权)人：河北金力新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：