一种复合固态耐高温聚合物电解质膜及锂电池制造技术

本发明专利技术涉及固态聚合物电解质领域，具体涉及一种复合固态耐高温聚合物电解质膜及锂电池。包括有聚合物基体、改性玻璃纤维、锂盐；通过本发明专利技术特定方法所得的改性玻璃纤维可以与聚合物基体和锂盐在共混下形成增韧耐高温导锂结构，通过相结构调控以及玻璃纤维的改性制备一种复合的固态耐高温的聚合物电解质膜。本发明专利技术提供的复合固态耐高温聚合物电解质膜具有离子电导率高、机械性能好、耐高温性能好等优点，与此同时制备该电解质膜的方法还具备操作简单、成本较低的特点，能够使相应锂离子电池表现出良好的循环和倍率性能。池表现出良好的循环和倍率性能。池表现出良好的循环和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态耐高温聚合物电解质膜及锂电池


[0001]本专利技术涉及固态聚合物电解质领域，具体涉及一种复合固态耐高温聚合物电解质膜及锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种典型的二次电池，由于其工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等一系列显著的优点，从而被大量应用于储能装置，并逐渐成为未来的发展趋势。
[0003]用固态电解质替代液态电解液的使用能够有望解决液态电解液所带来的电池安全问题，固态电解质作为固态锂离子电池的核心部分以固体的形式存在，起到传导离子、隔绝电子的作用，是实现全固态锂电池高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键材料。目前常见的固态电解质主要有聚合物固态电解质、无机固态电解质和有机无机复合固态电解质三大类。而其中聚合物固态电解质具有良好的界面相容性、更好的柔性、可加工性，且制备方法简便，便于大规模生产。然而，常用的聚合物电解质离子传导主要发生在聚合物基体的非结晶区，在室温下聚合物基体呈现出显著的结晶形态，在无定形区域的链段运动是促使传导锂离子的主要原因。因此，聚合物电解质普遍存在室温离子电导率低，而低电导率是导致电池在高速率和低温条件下充放电性能较差的主要原因，当高速充放电时，电池的内阻会增大，从而降低电池的利用率，导致电池的效率降低。因此有必要提供设计一种离子电导率高、机械性能好、耐高温性能好的固态聚合物电解质以克服上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种复合固态耐高温聚合物电解质膜及锂电池。
[0005]本专利技术所采取的技术方案如下：一种复合固态耐高温聚合物电解质膜，包括有聚合物基体、改性玻璃纤维、锂盐；所述改性玻璃纤维的制备过程包括以下步骤：（1.1）将一定量的玻璃纤维配置在溶剂中，于一定温度搅拌，使得玻璃纤维充分分散在溶液中，获得分散性良好的玻璃纤维分散溶液；（1.2）将玻璃纤维分散溶液与硅烷偶联剂配置在甲苯溶液中，在氩气气氛100～150 ℃下，搅拌作回流反应，离心干燥后得到玻璃纤维I；（1.3）将上述玻璃纤维I与部分其他聚合物基体配置在甲醇溶液中，在氩气气氛50～100 ℃下搅拌作回流反应，离心干燥后得到改性玻璃纤维。
[0006]优选地，所述玻璃纤维的长径比为50～500，直径为10～1000 nm。
[0007]优选地，步骤（1.1）中的溶剂选自去离子水、无水乙腈、无水N
‑
甲基吡咯烷酮、无水N，N
‑
二甲基甲酰胺、无水丙酮、无水异丙醇中的一种或几种；步骤（1.2）中的硅烷偶联剂选自3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、
γ
‑
（2，3
‑
环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、3
‑
（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
[0008]优选地，聚合物基体选自聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或几种，所述聚合物基体的相对分子质量为1万～100万。
[0009]优选地，所述锂盐选自氯化锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种。
[0010]优选地，所述玻璃纤维与所述聚合物基体和锂盐总量的质量比为1: 20～100。
[0011]优选地，所述锂盐与所述聚合物基体中的导锂重复单元摩尔比为1: 10～20。
[0012]优选地，所述复合固态耐高温聚合物电解质膜的制备过程包括以下步骤：（2.1）将所述高分子量聚合物基体、改性玻璃纤维及锂盐按一定比例加入溶剂溶解，获得均相复合聚合物分散溶液；（2.2）将步骤（2.1）复合聚合物分散液采用流延法缓慢倾倒于聚四氟乙烯圆台上，通过自然挥发制得电解质湿膜并通过真空干燥脱除溶剂制得电解质干膜；（2.3）将所述复合聚合物电解质干膜夹在硅油纸中间，进行热压，制得所述复合固态耐高温聚合物电解质膜。
[0013]优选地，步骤（2.1）中的溶剂选自无水乙腈、无水N
‑
甲基吡咯烷酮、无水N，N
‑
二甲基甲酰胺、无水丙酮、无水异丙醇中的一种或几种；步骤（2.3）中，热压加热温度为40～90 ℃， 热压压力为10～15 MPa，热压时间为3～10 min。
[0014]另外，本专利技术还提供一种锂电池，其采用如上所述的复合固态耐高温聚合物电解质膜。
[0015]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的复合固态耐高温聚合物电解质膜中所采用的玻璃纤维作为一种性能优异的无机补强纤维，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高等优点，通过本专利技术特定方法所得的改性玻璃纤维可以与聚合物基体和锂盐在共混技术下形成增韧耐高温导锂结构，通过相结构调控以及玻璃纤维的改性调控界面相容性的优化，促进导离子基团与相应锂盐阴离子发生解离，破坏聚合物基体的结晶区从而降低聚合物基体的结晶性，提高聚合物电解质的室温离子电导率并且提高其机械强度与耐高温性能。将其应用于全固态锂电池中，能够使相应锂离子电池表现出良好的循环和倍率性能。此外，该复合固态耐高温聚合物电解质膜制备工艺简单，操作流程短，成本较低，适合连续化生产的单层膜结构的导锂复合固态电解质膜，不仅提升了离子电导率并且还提高了其机械强度与耐高温性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0017]图1实施例和对比例1制备的全固态聚合物电解质膜在25～50～100 ℃下离子电
导率图；图2实施例1和对比例1制备的全固态聚合物电解质膜的耐热性变化图；图3实施例1和对比例1制备的全固态耐高温聚合物电解质膜组装成的磷酸铁锂/锂金属电池在100℃下1C的恒电流长循环性能曲线。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0019]本专利技术提供复合固态耐高温聚合物电解质膜，包括有聚合物基体、改性玻璃纤维、锂盐，所述的改性玻璃纤维可以与聚合物基体在共混下形成增韧耐高温导锂结构，通过相结构调控以及玻璃纤维的改性制备一种复合的固态聚合物电解质膜。
[0020]具体的，所述的改性玻璃纤维的制备过程包括以下步骤：（1.1）将一定量的玻璃纤维配置在溶剂中，于一定温度搅拌，使得玻璃纤维充分分散在溶剂中，获得分散性良好的玻璃纤维分散溶液；（1.2）将玻璃纤维分散溶液与硅烷偶联剂配置在甲苯溶液中，在氩气气氛100～150℃下搅拌作回流反应，离心干燥后得到玻璃纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态耐高温聚合物电解质膜，其特征在于：包括有聚合物基体、改性玻璃纤维、锂盐；所述改性玻璃纤维的制备过程包括以下步骤：（1.1）将一定量的玻璃纤维配置在溶剂中，于一定温度搅拌，使得玻璃纤维充分分散在溶液中，获得分散性良好的玻璃纤维分散溶液；（1.2）将玻璃纤维分散溶液与硅烷偶联剂配置在甲苯溶液中，在氩气气氛100～150℃下，搅拌作回流反应，离心干燥后得到玻璃纤维I；（1.3）将上述玻璃纤维I与部分其他聚合物基体配置在甲醇溶液中，在氩气气氛50～100℃下搅拌作回流反应，离心干燥后得到改性玻璃纤维。2. 根据权利要求1所述的一种复合固态耐高温聚合物电解质膜，其特征在于：所述玻璃纤维的长径比为50～500，直径为10～1000nm。3.根据权利要求1所述的一种复合固态耐高温聚合物电解质膜，其特征在于：步骤（1.1）中的溶剂选自去离子水、无水乙腈、无水N
‑
甲基吡咯烷酮、无水N，N
‑
二甲基甲酰胺、无水丙酮、无水异丙醇中的一种或几种；步骤（1.2）中的硅烷偶联剂选自3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
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（2，3
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环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、3
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（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种复合固态耐高温聚合物电解质膜，其特征在于：聚合物基体选自聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或几种，所述聚合物基体的相对分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤育欣，樊佑，程祥鑫，白正帅，鲍晓军，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：