一种复合多孔聚合物电解质隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合多孔聚合物电解质隔膜，以下质量百分数的组分制成：聚合物30～35％、离子液体35～69％、无机纳米颗粒1～30％。本发明专利技术还公开所述复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法。本发明专利技术通过在高分子聚合物中掺杂无机纳米颗粒，降低了高分子聚合物的结晶度，提升锂离子在隔膜内部的扩散效率，进而提高电池隔膜的离子电导率，设计出了一种新的具有高倍率下长循环稳定性的锂离子电池隔膜材料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种复合多孔聚合物电解质隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜
，具体涉及一种复合多孔聚合物电解质隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池自1991年上市以来，在便携式移动设备、新能源汽车和大规模电力存储系统等各种应用中都非常重要。与其他系列的电池相比，这类电池具有许多优点：例如高能量密度、长循环寿命、无记忆效应、宽工作温度范围和高离子电导率等。目前，大多数锂离子电池使用的隔膜是聚乙烯、聚丙烯或者二者掺杂形成的材料，因为这类隔膜的离子电导率较高。然而，它们却有着非常严重的缺点，如易燃烧、热收缩性能较差、不耐高温等。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述现有锂离子电池隔膜的缺点，提供一种复合多孔聚合物电解质隔膜，其耐高温的同时具有较好的化学稳定性、高离子电导率、离子迁移数以及较宽的电化学窗口等优点。
[0004]本专利技术的第二目的是提供所述复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，制备过程简单。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种复合多孔聚合物电解质隔膜，由包括以下质量百分数的组分制成：
[0006]聚合物30～35％
[0007]离子液体35～69％
[0008]无机纳米颗粒1～30％。
[0009]所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯及其衍生物中的一种或两种以上的组合。优选的，所述聚合物为聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯。
[0010]所述无机纳米颗粒为二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、磷酸钛铝锂、磷酸钛锆锂中的一种或两种以上的组合。优选的，所述无机纳米颗粒为磷酸钛铝锂。
[0011]所述离子液体为1
‑
正丁基
‑1‑
甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或两种组合
[0012]所述复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，包括的步骤如下：
[0013]a、凝胶制备：将无机纳米颗粒分散在质量分数为15～25％的聚合物水分散液中，加入混合液质量2～5％的电解质制得凝胶；
[0014]b、复合粉体制备：将凝胶进行真空干燥、球磨制得复合粉体；
[0015]c、浆料的制备：将复合粉体过目筛后与离子液体混合，静置制得涂膜浆料；
[0016]d、隔膜制备：将涂膜浆料涂在铝箔表面加热成膜。
[0017]所述电解质为盐酸、磷酸、硫酸、硝酸、氨水中的一种或两种以上的组合。优选的，所述电解质为盐酸。
[0018]其中，凝胶制备时，使用超声波处理30min。
[0019]其中，复合粉体制备中凝胶干燥温度80～140℃，干燥时间为6～12 h。
[0020]其中，复合粉体球磨转速为150～350r/min，球磨时间为6～12h。
[0021]其中，复合粉体和离子液体的质量比为3:7～3.5:65。
[0022]其中，隔膜制备步骤中涂膜机加热温度为125～150℃，加热时间为6～12h。优选的，所述涂膜机的加热温度为140℃，加热时间为 8h。
[0023]所述目筛孔径为10～100μm，优选为50μm。
[0024]所述复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，包括的步骤如下：准确称取1～20g磷酸钛铝锂分散在50g聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯水分散液中，超声波处理30min后加入电解质制备凝胶，将凝胶干燥、球磨后制得复合粉体；按质量比为3:7～3.5:6.5称取复合粉体和离子液体混合均匀后，密封静置5h制成涂膜浆料；将涂膜浆料涂抹在铝箔表面升温至120～150℃保持6～12h加热成膜。
[0025]本专利技术复合多孔聚合物电解质隔膜，含有无机纳米颗粒，耐高温的同时具有较好的化学稳定性、高离子电导率、离子迁移数以及较宽的电化学窗口，具有广阔的应用前景，特别是用于锂离子电池中。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0027]1)在本专利技术中，未使用任何有毒、有害的有机溶剂，不用担心环境污染，有机溶剂回收等问题；
[0028]2)在本专利技术中，制备的复合多孔聚合物电解质隔膜做到了高电化学窗口、较好的界面相容性、高离子电导率、高离子迁移数；
[0029]3)在本专利技术中，制备的复合多孔聚合物电解质隔膜原料易得，制备工艺简单，易于操作。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限制。
[0031]对本专利技术制备的复合多孔聚合物电解质隔膜进行交流阻抗、线性扫描伏安和极化曲线的测定。
[0032]实施例1：
[0033]一种复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，其步骤如下：
[0034]a、准确称取5g的磷酸钛铝锂分散在50g聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯水分散液中，超声波处理30min，然后加入盐酸制得凝胶；
[0035]b、将凝胶真空干燥，然后球磨制得复合粉体；
[0036]c、准确称取质量比为3:7的复合粉体和离子液体，将复合粉体和离子液体混合均匀后，密封静置5h制得涂膜浆料；
[0037]d、把铝箔平铺在涂膜机上，将静置后的涂膜浆料倒在铝箔上，用刮刀涂膜后将涂膜机升温至120℃保持12h。
[0038]制备的复合多孔聚合物电解质隔膜的室温下离子电导率高达 3.30
×
10
‑4S/cm，锂离子迁移数为0.1336，电化学窗口为0～5.109V，在85℃下离子电导率为1.931
×
10
‑3S/cm。
[0039]实施例2
[0040]一种复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，其步骤如下：
[0041]a、准确称取10g的磷酸钛铝锂分散在50g聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯水分散液中，超声波处理30min，然后加入盐酸制得凝胶；
[0042]b、将凝胶真空干燥，然后球磨制得复合粉体；
[0043]c、准确称取质量比为3:7的复合粉体和离子液体，将复合粉体和离子液体混合均匀后，密封静置6h制得涂膜浆料；
[0044]d、把铝箔平铺在涂膜机上，将静置后的涂膜浆料倒在铝箔上，用刮刀涂膜后将涂膜机升温至130℃保持10h。
[0045]制备的复合多孔聚合物电解质隔膜的室温下离子电导率高达 3.361
×
10
‑4S/cm，锂离子迁移数为0.2408，电化学窗口为0～5.206V，在85℃下离子电导率为1.749
×
10
‑3S/cm。
[0046]实施例3
[0047]一种复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，其步骤如下：
[0048]a、准确称取15g的磷酸钛铝锂分散在50g聚偏氟乙烯
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合多孔聚合物电解质隔膜，其特征在于，由以下质量百分数的组分制成：聚合物30～35％离子液体35～69％无机纳米颗粒1～30％。2.根据权利要求1所述的一种复合多孔聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯及其衍生物中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的一种复合多孔聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述无机纳米颗粒为二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、磷酸钛铝锂、磷酸钛锆锂中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的一种复合多孔聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述离子液体为1
‑
正丁基
‑1‑
甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或两种组合。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种复合多孔聚合物电解质隔膜的制备方法，其特征在于，包括的步骤如下：a、凝胶制备：将无机纳米颗粒分散在质量分...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢德龙，李威红，谢于辉，吴枫，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：