一种锂金属用凝胶电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂金属用凝胶电解质及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：S1、将聚丙烯酸乙酯

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属用凝胶电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种锂金属用凝胶电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]进入现代社会以来，化石燃料的使用对环境的污染和全球变暖带来了恶劣的影响。能源和环境危机逐渐影响到了人们的生活和国家的发展，因此，开发和高效利用新的清洁能源刻不容缓。然而，风能、水能、太阳能等清洁的一次能源很难直接利用，需要转化为电能这种二次能源方可实际应用，构建高效大型的电池储能体系成为当下的重要课题。锂电池有质量轻、比能量高、使用寿命长等优点，因而被广泛应用于便携式电子设备、储能电池、动力汽车等方面。锂金属电池由液体电解质、隔膜以及正负极组成，其中处于正负极之间的隔膜起着重要作用，能避免因正负极直接接触产生的短路，并为离子迁移提供所需的通道。锂金属电池大多使用液体电解质，虽然离子电导率高、电化学性能稳定，但存在着泄漏、自燃、爆炸的风险。随着人们安全意识的提高，液体电解质的问题越来越受到人们关注。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，约为10
‑7～10
‑4S/cm，较难满足锂离子电池的需要。而凝胶聚合物电解质可以有效地降低电解质泄漏、提高电池安全性，又有较高的离子电导率、浸润性以及良好界面接触性。凝胶电解质可代替液体电解质和隔膜，但应满足一定要求：室温下高的离子电导率(>10
‑3S/cm)、锂离子转移数、电解液吸收率、良好的热稳定性、电化学性能以及力学性能来抵抗电池组装过中的冲击和使用过程中锂枝晶的破坏等。传统的凝胶电解质通过采用一些沸点较高的增塑剂来提升凝胶电解质的安全性，但室温下离子电导率以及迁移锂离子的能力有所下降。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供了一种锂金属用凝胶电解质及其制备方法和应用，该方法制备的锂金属用凝胶电解质采用的静电纺丝膜能溶胀少量的液体电解液并“锁住”液相成分，一方面能提升锂金属电池的安全性，另一方面也能提供高的离子电导率和锂离子迁移数。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种锂金属用凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸溶解于溶剂中得到溶液A，将LiOH溶解于溶剂中得到溶液B，再将溶液B滴加到溶液A中，充分反应后得到溶液C；
[0007]S2、以溶液C为原料，采用静电纺丝仪制备静电纺丝膜，再将静电纺丝膜放入真空干燥箱进行真空干燥处理，干燥处理后将静电纺丝膜裁成圆片，得到静电纺丝膜圆片；
[0008]S3、将静电纺丝膜圆片浸泡到液态电解液中1分钟以上，取出后去除表面残留的液态电解液，得到溶胀型聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸基的锂金属用凝胶电解质。
[0009]优选地，步骤S1中所述聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸的制备过程为：将摩尔比为3:1:6.09
×
10
‑5:0.141的丙烯酸乙酯、丙烯酸、偶氮二异丁腈和二氧六环加入到聚合管中真空封管后在油浴中进行反应，在反应温度为65℃条件下，反应16h后，得到聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸。
[0010]优选地，步骤S1中所述溶剂为甲醇、四氢呋喃中的一种或多种有机物的水溶液，其中所述溶液A的质量浓度为10wt％～30wt％。
[0011]优选地，步骤S1中所述溶液C的质量浓度为10wt％～30wt％。
[0012]优选地，步骤S2中所述静电纺丝膜具有较多孔隙，静电纺丝膜的单根纤维的直径为100～600nm。
[0013]优选地，步骤S2中所述静电纺丝膜进行真空干燥处理的条件为：干燥温度为100℃，干燥时间为10h。
[0014]优选地，步骤S3中所述液态电解液的浓度为1mol/L～2mol/L；所述液态电解液中的盐为双(三氟甲磺酰)亚胺锂、六氟磷酸锂中的一种或多种；所述液态电解液中的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种；所述液态电解液中的添加剂为氟代碳酸乙烯酯、硝酸锂中的一种或多种。
[0015]优选地，步骤S3中所述锂金属用凝胶电解质的厚度为40～60um。
[0016]一种锂金属用凝胶电解质，所述锂金属用凝胶电解质由权利要求1
‑
8任一项所述的锂金属用凝胶电解质的制备方法制得。
[0017]一种如权利要求1
‑
8任一项所述的锂金属用凝胶电解质的应用，所述锂金属用凝胶电解质作为电解质材料，应用于锂电池中。
[0018]采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：
[0019]1、本专利技术利用静电纺丝膜有相当数量的孔隙和活性基团，静电纺丝膜可以溶胀少量的液态电解液后形成凝胶电解质，可提供较高的锂离子迁移数。
[0020]2、本专利技术利用静电纺丝膜能够“锁住”少量液态电解液成分，对锂负极的沉积具有调控作用，相较于液态电解液能够加快锂离子形核动力学过程，导致在相同电流密度下有更小的电压滞后，并获得了更长的循环稳定性，在锂金属电池上有巨大的应用前景。
[0021]3、本专利技术利用静电纺丝法制备的静电纺丝膜可以溶胀少量的液体电解液去提供较高的锂离子迁移数，同时凝胶电解质存在连续的固体网络，能够“锁住”少量电解液成分，起到防漏效果，可抑制副反应及提升正极的稳定性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的静电纺丝纤维膜和锂金属用凝胶电解质的光学照片及厚度图；
[0023]图2为本专利技术的静电纺丝纤维膜表面的SEM图；
[0024]图3为本专利技术的锂锂对称电池的循环图；
[0025]图4为本专利技术的磷酸铁锂正极室温1C倍率的循环性能图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]参考图1至图4，一种锂金属用凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0028]S1、共聚物聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸P(EA
‑
AA)的合成：按摩尔比为3:1:6.09
×
10
‑5:0.141，称取6g的单体丙烯酸乙酯(EA)、0.44g的丙烯酸(AA)、10.0mg引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)、12mL二氧六环加入到聚合管中，真空封管后在油浴中进行反应，在反应温度为65℃条件下，反应16h后，得到聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸P(EA
‑
AA)；
[0029]称取0.5g上述制得的聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸P(EA
‑
AA)，用2.16毫升甲醇溶解得到溶液A，称取34.82mg的LiOH，用1毫升甲醇溶解得到溶液B，再将溶液B缓慢滴加到溶液A中，充分反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸溶解于溶剂中得到溶液A，将LiOH溶解于溶剂中得到溶液B，再将溶液B滴加到溶液A中，充分反应后得到溶液C；S2、以溶液C为原料，采用静电纺丝仪制备静电纺丝膜，再将静电纺丝膜放入真空干燥箱进行真空干燥处理，干燥处理后将静电纺丝膜裁成圆片，得到静电纺丝膜圆片；S3、将静电纺丝膜圆片浸泡到液态电解液中1分钟以上，取出后去除表面残留的液态电解液，得到溶胀型聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸基的锂金属用凝胶电解质。2.如权利要求1所述的锂金属用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸的制备过程为：将摩尔比为3:1:6.09
×
10
‑5：0.141的丙烯酸乙酯、丙烯酸、偶氮二异丁腈和二氧六环加入到聚合管中，真空封管后在油浴中进行反应，在反应温度为65℃条件下，反应16h后，得到共聚物聚丙烯酸乙酯
‑
丙烯酸。3.如权利要求1所述的锂金属用凝胶电解质的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述溶剂为甲醇、四氢呋喃中的一种或多种有机物的水溶液，其中所述溶液A的质量浓度为10wt％～30wt％。4.如权利要求1所述的锂金属用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨程凯，崔先才，习晨鹏，于岩，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：