一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的制备方法，包括步骤：将聚氧化乙烯和电解质盐按照设定摩尔比分散到乙腈中，搅拌至完全溶解；将交联剂和聚氧化乙烯按照设定氢键受体的摩尔比添加到溶液中，搅拌至完全分散，得到分散液；将所得分散液分别滴于聚合物支撑基底两侧，将分散液涂布均匀，烘干去除溶剂，在聚合物支撑基底两侧得到薄膜。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术通过对交联剂/聚氧化乙烯的摩尔比和辊压间距的控制，可实现固态电解质薄膜的机械性能和厚度的精确调控。对于超薄固态电解质薄膜设计难点，本发明专利技术提供一种可行性的设计思路，并且具有简单经济等优点，可用于超级电容器、电池，以提高器件的安全性。以提高器件的安全性。以提高器件的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于固态电解质
，尤其涉及一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]固态电解质又称为快离子导体，按固态电解质的组分可大致分为无机物固态电解质、聚合物固态电解质和复合物固态电解质。聚合物固态电解质是由极性高分子和金属盐络合而成，与有机液态电解质组分相似。与有机液态电解质相比，聚合物固态电解质具有优良的安全性、优异的热稳定性、较宽的电化学窗口(略高于有机液态电解质)、良好的灵活性和可加工性等优点。
[0003]当前针对全固态聚合物电解质的研究大多数都集中在增强离子电导率和改善界面稳定性上，电解质膜的厚度受到的关注较少。黄云辉等人的论文：
[0004]Jingyi Wu,Lixia Yuan,Wuxing Zhang,Zhen Li,Xiaolin Xie and Yunhui Huang,“Reducing the thickness of solid
‑
state electrolyte membranes for high
‑
energy lithium batteries”.Energy Environ.Sci.,2021,14,12
‑
36.
[0005]论文中指出，电池内阻取决于固态电解质的离子电导和电荷转移阻抗，其中离子电导(G＝σA/L，G为离子电导、σ为离子电导率、A为面积、L为厚度)反比于电解质厚度，主要原因是降低厚度缩短了离子在电解质中的传输时间。因此，制备超薄固态电解质薄膜，可提高其离子电导。
[0006]超薄固态电解质薄膜设计的难点在于最小化厚度和维持机械强度之间的矛盾。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜及其制备方法。
[0008]这种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，包括：聚合物支撑基底和交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质，聚合物支撑基底位于两层交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质之间；聚合物支撑基底为聚合物薄膜，聚氧化乙烯基固态电解质基质的交联修饰方式为氢键交联。
[0009]作为优选，聚合物支撑基底为绝缘多孔材料，厚度为5～10μm，聚氧化乙烯基固态电解质基质2的厚度为5～15μm。
[0010]作为优选，聚合物支撑基底材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚酰亚胺中的至少一种。
[0011]作为优选，超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的整体厚度为5～30μm。
[0012]作为优选，交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质为聚氧化乙烯和电解质盐络合形成的固态电解质基质。
[0013]作为优选，聚氧化乙烯基固态电解质基质中交联剂氢键供体与聚氧化乙烯氢键受
体的摩尔比为1:1～1:10。
[0014]这种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1、将聚氧化乙烯和电解质盐按照设定摩尔比分散到乙腈中，搅拌至完全溶解；
[0016]步骤2、将交联剂和聚氧化乙烯按照设定氢键受体的摩尔比添加到步骤1所得溶液中，搅拌至完全分散，得到分散液；
[0017]步骤3、将步骤2所得分散液分别滴于聚合物支撑基底两侧，将分散液涂布均匀，烘干去除溶剂，在聚合物支撑基底两侧得到薄膜；
[0018]步骤4、将步骤3得到的薄膜
‑
聚合物支撑基底
‑
薄膜结构置于辊压机中，在从大到小的辊压间隙下多次辊压，获得厚度均匀的超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的聚合物支撑基底孔隙中充满聚氧化乙烯基固态电解质；符号
‑
表示复合连接。
[0019]作为优选，步骤2中交联剂提供至少两个氢键供体，氢键供体同时与多个聚氧化乙烯链发生氢键交联；具体氢键交联方式为：交联剂提供的氢键供体与聚氧化乙烯中醚氧形成氢键，形成网络化结构，从而提高固态电解质薄膜的机械性能；交联剂包括尿素、硫脲和三羟甲基酚。
[0020]作为优选，步骤1中聚氧化乙烯和电解质盐的摩尔比为1:8～1:20；步骤2中交联剂和聚氧化乙烯中氢键受体的摩尔比为1:1～1:10；步骤3中将分散液涂布均匀后，在60℃下烘干12h去除溶剂。
[0021]作为优选，步骤3中将分散液涂布在聚合物支撑基底两侧时的涂布高度为100～500μm。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术提出的固态电解质薄膜为由聚合物支撑基底和交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质构成的薄膜，是经多次辊压后获得的5～30μm的均匀固态电解质薄膜；聚合物支撑基底为聚合物薄膜，交联修饰为氢键交联。
[0024]绝缘多孔的聚合物支撑基底不仅作为固态电解质薄膜的支撑骨架，同时保证离子传输和电子绝缘。聚氧化乙烯含有醚氧非共用电子对，对氢键有很强的亲合力；本专利技术选用多氢键供体的交联剂，交联剂的多个氢供体同时与不同的聚氧化乙烯链形成氢键，不同的聚氧化乙烯链通过交联剂相互连接，实现网络化结构，从而提高固态电解质的机械性能；本专利技术通过对固态电解质薄膜的多次辊压，可降低因辊压造成的薄膜变形，获得5～30μm的均匀固态电解质薄膜。
[0025]本专利技术通过对交联剂/聚氧化乙烯的摩尔比和辊压间距的控制，可实现固态电解质薄膜的机械性能和厚度的精确调控。对于超薄固态电解质薄膜设计难点，本专利技术提供一种可行性的设计思路，并且具有简单经济等优点，可用于超级电容器、电池，以提高器件的安全性。
附图说明
[0026]图1为超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的结构示意图；
[0027]图2为超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的台阶仪扫描图；
[0028]图3为基于超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的固态超级电容器的电化学性能图；
[0029]图4为不同厚度的超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的台阶仪扫描图；
[0030]图5为不同聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的拉伸性能图。
[0031]附图标记说明：聚合物支撑基底1、交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质2。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，包括：聚合物支撑基底1和交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质2，聚合物支撑基底1位于两层交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质2之间；聚合物支撑基底1为聚合物薄膜，聚氧化乙烯基固态电解质基质的交联修饰方式为氢键交联。
[0035]聚合物支撑基底1厚度为5～10μm，聚合物支撑基底1材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚酰亚胺中的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于，包括：聚合物支撑基底(1)和交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质(2)，聚合物支撑基底(1)位于两层交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质(2)之间；聚合物支撑基底(1)为聚合物薄膜，聚氧化乙烯基固态电解质基质的交联修饰方式为氢键交联。2.根据权利要求1所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于：聚合物支撑基底(1)为绝缘多孔材料，厚度为5～10μm，聚氧化乙烯基固态电解质基质2的厚度为5～15μm。3.根据权利要求2所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于：聚合物支撑基底(1)材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚酰亚胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于：超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的整体厚度为5～30μm。5.根据权利要求1所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于：交联修饰的聚氧化乙烯基固态电解质基质(2)为聚氧化乙烯和电解质盐络合形成的固态电解质基质。6.根据权利要求1所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜，其特征在于：聚氧化乙烯基固态电解质基质中交联剂氢键供体与聚氧化乙烯氢键受体的摩尔比为1:1～1:10。7.一种如权利要求1至6任一项所述超薄聚氧化乙烯基固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将聚氧化乙烯和电解质盐按照设定摩尔比分散到乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静毅，王补欢，臧孝贤，张继国，马福元，马紫峰，陈章伟，傅维栋，
申请(专利权)人：浙江浙能北仑发电有限公司，
类型：发明
国别省市：