一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质及其制备方法，属于电池技术领域。本发明专利技术所述的制备方法是通过“溶解

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着移动电话、笔记本电脑、电动汽车等产业蓬勃发展，以石墨为负极，钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴锰三元材料(NCM)等为正极的锂离子电池由于其工作电压高、能量密度高、自放电率低、重量轻等优点得到了广泛的应用。目前商业化的锂离子电池电解质一般为有机液体电解质。有机液体电解质一般由锂盐与有机溶剂构成，常用的有机溶剂有：碳酸酯、醚类、砜类、乙腈等，常用的锂盐有：双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、硝酸锂(LiNO3)等。虽然有机液体电解质离子电导率高，但其具有流动性强、可燃性强、闪点低等特点，存在易燃、易爆、易挥发、易泄露等安全问题。基于以上问题，以聚合物电解质替换有机液态电解质可以解决液体电解质流动性强的问题，避免有机溶剂泄露，同时，聚合物电解质具有高电化学性能、高热稳定性等优点，可以提高电池的安全性能。
[0003]聚合物电解质常用的聚合物基质有聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等，其中PVDF具有C
‑
F强吸电子基团，介电常数高，有利于锂盐解离，同时电化学性能稳定，热稳定性良好，是聚合物电解质的理想候选者之一。但是，室温下，PVDF基电解质的离子电导率较低，在应用时一般通过共混、交联、共聚等方法，制成凝胶态电解质，以改善PVDF的结晶度，提高离子电导率。但以上方法会降低PVDF的机械性能与成膜性，需要采取措施在提高离子电导率的同时，保持PVDF电解质的机械性能。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
所述现有技术与体系的不足，本专利技术提出了一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质及其制备方法。本专利技术以机械性能良好、绿色环保的纤维素为基质材料，采用“溶解
‑
再生”的方法，即溶剂溶解纤维素，通过去离子水浸泡，冷冻干燥后获得多孔纤维素膜，渗入PVDF聚合物溶液，并引入含有锂盐的离子液体电解液，形成纤维素复合PVDF离子凝胶电解质，得到的离子凝胶电解质具有较好的离子电导率与较宽电化学窗口，在锂离子电池中具有巨大的应用潜能。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质，以多孔纤维素膜为基质、渗入PVDF聚合物，并引入含有锂盐的离子液体电解液，形成纤维素复合PVDF离子凝胶电解质。该纤维素复合PVDF离子凝胶电解质在40℃下，离子电导率为1.16
×
10
‑3S/cm
‑1，电化学窗口高达5V，在以锂为负极，磷酸铁锂为正极组成的电池中可实现稳定循环。
[0007]上述锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质的制备方法，步骤如下：
[0008](1)将纤维素溶解于离子液体中，得到纤维素的离子液体溶液；然后将得到的混合溶液浸泡到去离子水中，浸泡24～48小时，冷冻干燥后，得到多孔纤维素膜基质；
[0009](2)将PVDF溶解于5～10ml溶剂中，搅拌均匀，获得均匀的PVDF聚合物溶液；
[0010](3)将锂盐溶于离子液体，得到离子液体电解液；
[0011](4)将步骤(3)所得的离子液体电解液加入到步骤(2)所得的PVDF聚合物溶液中，搅拌均匀，获得均匀混合溶液；
[0012](5)将步骤(1)中所得的多孔纤维素膜基质浸泡在步骤(4)所得的混合溶液中，然后在恒温50℃～80℃加热24～48小时，转移到真空干燥箱中，60℃～80℃真空干燥24～48小时，得到纤维素复合PVDF离子凝胶电解质。
[0013]如上所述步骤(1)中，所述离子液体，其阳离子为1
‑
乙基
‑3‑
甲基(Emim
+
)、1
‑
丙基
‑3‑
甲基(Pmim
+
)、1
‑
丁基
‑3‑
甲基(Bmim
+
)、1
‑
戊基
‑3‑
甲基(PNmim
+
)中的至少一种；其阴离子为氯离子(Cl
‑
)、溴离子(Br
‑
)、碘离子(I
‑
)、六氟磷酸根离子(PF6‑
)、醋酸根离子(AcO
‑
)、硝酸根离子(NO3‑
)中的至少一种。
[0014]如上所述步骤(1)中，所述纤维素为纤维素粉，具体为甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、三乙酸纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素中的至少一种。所述纤维素的离子液体溶液中，纤维素的质量浓度为2～10wt％。
[0015]如上所述步骤(1)中，所述多孔纤维素膜基质，其厚度为50～200μm。
[0016]如上所述步骤(2)中，所述PVDF聚合物的分子量为50～100万；所述溶剂为丙酮(AC)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、三氯甲烷(CHCl3)、醋酸甲酯(MA)中的至少一种。
[0017]如上所述步骤(3)中，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)或四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。
[0018]如上所述步骤(3)中，所述离子液体完全由阳离子和阴离子组成、在
‑
70℃～300℃呈液态。所述离子液体的阳离子为1
‑
丁基
‑3‑
甲基阳离子(Bmim
+
)，1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑阳离子(Emim
+
)，N
‑
丙基
‑
N
‑
甲基吡咯双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(Py
13+
)，N
‑
丁基
‑
N
‑
甲基吡咯双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(Py
14+
)，N
‑
丙基
‑
N
‑
甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚铵盐(PP
13+
)，N
‑
丁基
‑
N
‑
甲基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐PP
14+
中的至少一种；阴离子为四氟硼酸根(BF4‑
)、双(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子(TFSI
‑
)、六氟磷酸根(PF6‑
)、双氟磺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用纤维素复合PVDF离子凝胶电解质的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将纤维素溶解于离子液体中，得到纤维素的离子液体溶液，其中纤维素的质量浓度为2～10wt％；然后将得到的混合溶液浸泡到去离子水中，浸泡24～48小时，冷冻干燥后，得到多孔纤维素膜基质；(2)将PVDF溶解于5～10ml溶剂中，搅拌均匀，获得均匀的PVDF聚合物溶液；(3)将锂盐溶于离子液体，得到离子液体电解液，其中锂盐浓度为0.5～5mol/L；(4)将步骤(3)所得的离子液体电解液加入到步骤(2)所得的PVDF聚合物溶液中，搅拌均匀，获得均匀混合溶液；其中PVDF聚合物的质量为离子液体质量的5％～35％；(5)将步骤(1)中所得的多孔纤维素膜基质浸泡在步骤(4)所得的混合溶液中，其中纤维素与PVDF质量比为5～20：1；然后在恒温50℃～80℃加热24～48小时，转移到真空干燥箱中，60℃～80℃真空干燥24～48小时，得到纤维素复合PVDF离子凝胶电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述离子液体，其阳离子为Emim
+
、Pmim
+
、Bmim
+
、PNmim
+
中的至少一种；其阴离子为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、PF6‑
、AcO
‑
、NO3‑
中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纤维素为甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、三乙酸纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述PVDF聚合物的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜洋，孙静，刘稳，徐峻青，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：