一种PVC多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法技术

一种PVC多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法。提供了一种PVC多孔凝胶聚合物电解质，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜孔径在0.01μm～2.5μm的范围，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质在25℃时的离子电导率为5

【技术实现步骤摘要】
一种PVC多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种PVC多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法，更具体涉及用于电池(例如锂离子电池)的PVC多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]凝胶聚合物电解质(GPE)是一种多组分体系，其具有液体电解质聚合物锂电池体系中的隔膜与离子导电载体的功能。GPE主要由聚合物基质、塑化剂、锂盐组成，其中聚合物基质在物理形态上是一种被溶剂溶胀的聚合物体系网络，可由化学或物理交联得到。
[0003]有文献(《用于锂离子电池的凝胶聚合物电解质的制备与性能》，王存国等人，高等学校化学学报，2007年第12期第28卷)报道，以丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)和衣康酸锂(IALi)为自由基共聚反应的主要单体，添加1％(相对单体质量，下同)的引发剂(偶氮二异丁腈)和1.5％的交联剂(乙二醇二甲基丙烯酸酯)，采用溶液聚合法合成了P(AN
‑
MA
‑
IALi)共聚物，将共聚物制成膜后浸渍在LiPF6/EC
‑
DEC电解液中得到GPE，室温离子电导率达10
‑5S/cm～10
‑4S/cm。
[0004]目前GPE的聚合物基质主要采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系、偏氟乙烯[p(VDF
‑
HFP)]系、聚醚(PEO)系等。聚氯乙烯(PVC)是一种常见的聚合物，价格低廉、通过改性可以获得一定的韧性和强度。PVC
‑
SiO2隔板已被用于蓄电池，具有高孔率、低电阻、耐热氧化、阻燃等优点。以PVC为基的锂盐复合物电解质已被证明具有高的室温离子电导率。有文献(《PVC为基凝胶电解质薄膜》，周伟等，科学通报，1996年第3期第41卷)报道了一种由聚合物PVC、混合增塑剂EC/PC、LiClO4锂盐组成的凝胶电解质，室温离子电导率达10
‑3S/cm，能够满足锂离子电池对电解质的要求。
[0005]但是，本领域还需要一种GPE，其聚合物基质是多孔凝胶膜且组成的电解质电化学性能稳定，例如PVC多孔凝胶膜制备工艺简单、价格低廉，组成GPE后具有较高的离子电导率以及分解电压等。

技术实现思路

[0006]本申请一方面提供了一种PVC多孔凝胶聚合物电解质，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜孔径在0.01μm～2.5μm的范围，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质在25℃时的离子电导率为5
×
10
‑5S/cm～1
×
10
‑3S/cm，起始分解电压范围为3.8V～4.7V(vs.Li
+
/Li)。
[0007]在本申请中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质是由消光PVC树脂制备的。所述消光PVC树脂可以是本领域常用的交联消光PVC树脂，可以自行合成得到或在市场上买到。在本申请的一个优选实例中，所述消光PVC树脂的粘均分子量范围为2.0
×
104～2.3
×
105，优选为5.0
×
104～2.0
×
105，凝胶含量范围为5％～65％，优选为20％～30％。较好地，所述消光PVC树脂的白度(457nm蓝光反射率)范围为92％～97％，优选为94％～96％。在本申请的另一个优选实例中，所述消光PVC树脂可以是北元化工BYXG
‑
5型、正大化工ZP
‑
1000型、日本钟
渊K10M型、氯碱化工G1300D型、沈阳化工PSH
‑
90型等商业粉，优选为正大化工ZP
‑
1000型。
[0008]另外，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质也可包含其他聚合物，包括但不限于丙烯酸聚合物、偏氟乙烯聚合物、聚醚聚合物、非消光聚氯乙烯及其组合。所述丙烯酸聚合物包括但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其组合。所述偏氟乙烯聚合物包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
六氟乙烯)及其组合。
[0009]在本申请中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜孔径在0.01μm～2.5μm的范围，优选在0.05μm～2μm的范围。所述PVC多孔凝胶膜孔径是通过扫描电子显微镜(SEM)测定的。在本申请中，“所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜孔径在0.01μm～2.5μm的范围”表示PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜中所有孔的孔径都在0.01μm～2.5μm的范围。
[0010]在本申请中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质在25℃时的离子电导率为5
×
10
‑5S/cm～1
×
10
‑3S/cm，优选为9
×
10
‑5S/cm～7
×
10
‑4S/cm。所述在25℃时的离子电导率是通过在氩气手套箱中将PVC多孔凝胶聚合物电解质组装成不锈钢/凝胶电解质/不锈钢的扣式结构，用Zahner Zennium电化学工作站测试电化学阻抗谱(EIS)得到。
[0011]在本申请中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的起始分解电压范围为3.8V～4.7V(vs.Li
+
/Li)，优选为4.2V～4.4V(vs.Li
+
/Li)。所述起始分解电压是通过在氩气手套箱中将PVC多孔凝胶聚合物电解质组装成不锈钢/凝胶电解质/锂的扣式电池，用Zahner Zennium电化学工作站测试线性扫描伏安(LSV)曲线得到。
[0012]在本文中，除非有其他说明，所述反应都是在常温常压条件下进行。
[0013]在本文中，除非有其他说明，所述物质的量都是以重量计。
[0014]在本文中，除非有其他说明，所有含量、百分数、浓度等都表示重量含量、重量百分数、重量浓度等。
[0015]本申请另一方面提供了一种制备PVC多孔凝胶聚合物电解质的方法，所述方法包括下述步骤：
[0016](1)将消光PVC树脂加入到有机溶剂中，形成PVC凝胶与溶胶的混合物，加入成孔剂，将混合物分离为溶胶和固含量为1％～10％的浆料，用有机溶剂稀释浆料，用量为浆料质量的100％～400％，得到悬浮液；
[0017](2)将步骤(1)所得悬浮液成膜得到PVC多孔凝胶膜；
[0018](3)提供锂盐、塑化剂和分散剂的混合物；
[0019](4)将步骤(2)所得PVC多孔凝胶膜浸没在步骤(3)的混合物中，再将其浸没在锂电测试液中120s～180s，得到PVC多孔凝胶聚合物电解质。
[0020]在本申请中，所述有机溶剂是本领域中常用的有机溶剂，包括但不限于极性有机溶剂，例如环己酮、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷、1,1
‑
二氯乙烷、丙酮、丁酮或其组合。
[0021]在本申请中，所述有机溶剂的用量是常规的。在一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PVC多孔凝胶聚合物电解质，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质的PVC多孔凝胶膜孔径在0.01μm～2.5μm的范围，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质在25℃时的离子电导率为5
×
10
‑5S/cm～1
×
10
‑3S/cm，起始分解电压范围为3.8V～4.7V(vs.Li
+
/Li)。2.如权利要求1所述的PVC多孔凝胶聚合物电解质，其中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质由消光PVC树脂制备，所述消光PVC树脂的粘均分子量范围为2.0
×
104～2.3
×
105，优选为5.0
×
104～2.0
×
105，凝胶含量范围为5％～65％，优选为20％～30％；较好地，所述消光PVC树脂的白度范围为92％～97％，优选为94％～96％。3.如权利要求1所述的PVC多孔凝胶聚合物电解质，其中，所述PVC多孔凝胶聚合物电解质还包括丙烯酸聚合物、偏氟乙烯聚合物、聚醚聚合物、非消光聚氯乙烯及其组合；优选地，所述丙烯酸聚合物包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其组合；优选地，所述偏氟乙烯聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
六氟乙烯)及其组合。4.一种制备PVC多孔凝胶聚合物电解质的方法，所述方法包括下述步骤：(1)将消光PVC树脂加入到有机溶剂中，形成PVC凝胶与溶胶的混合物，加入成孔剂，将混合物分离为溶胶和固含量为1％～10％的浆料，用有机溶剂稀释浆料，用量为浆料质量的100％～400％，得到悬浮液；(2)将步骤(1)所得悬浮液成膜得到PVC多孔凝胶膜；(3)提供锂盐、塑化剂和分散剂的混合物；(4)将步骤(2)所得PVC多孔凝胶膜浸没在步骤(3)的混合物中，再将其浸没在锂电测试液中120s～180s，得到PVC多孔凝胶聚合物电解质。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述有机溶剂包括极性有机溶剂，例如环己酮、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷、1,1
‑
二氯乙烷、丙酮、丁酮或其组合；优选地，所述有机溶剂与树脂的重量比为(10～40)∶1，优选为(15～35)∶1，更优选为(20～30)∶1。6.如权利要求4所述的方法，其中，所述成孔剂包括但不限于水溶性材料，例如水溶性无机物或有机物；优选地，所述水溶性无机物包括水溶性无机盐；更优选地，所述水溶性无机盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、...

【专利技术属性】
技术研发人员：浦旭鑫，
申请(专利权)人：上海氯碱化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：