一种塑晶电解质载体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种塑晶电解质载体的制备方法，属于电池电解质载体的技术领域。该方法包括以下步骤：将聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种塑晶电解质载体的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池电解质载体的
，特别是涉及一种塑晶电解质载体的制备方法。

技术介绍

[0002]可充电锂离子电池在从便携式电子设备到大规模的电动汽车的各个领域中变得越来越不可或缺。不幸的是，基于挥发性和易燃有机液体电解质的传统锂离子电池存在严重的安全问题(例如泄漏、自燃和爆炸)。近年来，固态聚合物电解质因其不可燃性、易加工性和与锂金属的界面相容性而受到广泛关注，使其在满足下一代固体锂金属电池的能量密度、生产成本和安全性方面表现出巨大潜力。然而，固态聚合物电解质的低室温离子电导率(～10
‑6S cm
‑1)阻碍了它们的实际应用。为了解决这一问题，通常采用在固态聚合物电解质中添加无机锂离子导体，这可以在一定程度上提高其室温离子电导率，但也带来了新的挑战，如局域集中的锂离子传输和复杂高昂的制造工艺。因此，仍然迫切需要一种高效且低成本的策略来设计具有高离子电导率和均匀锂离子传输的新型固态聚合物电解质。
[0003]作为一种特殊类型的固态聚合物电解质，塑晶电解质是塑料晶体和锂盐的混合物，由于其独特的性质，如良好的塑性和优秀的离子传输性能，最近受到越来越多的关注。尤其是基于丁二腈(SN)的塑晶电解质具有室温下高的离子电导率(～10
‑3S cm
‑1)。与传统固态聚合物电解质相比，高电导率主要归因于SN特殊的分子结构，结构中的柔性异构体使得SN有利于锂离子的移动和传输。同时SN的高介电常数(ε＝55)促进了Li盐的溶解，从而增加了游离锂载流子的浓度。此外，SN分子的末端腈基显示出高的抗氧化性，这赋予了基于SN的塑晶电解质宽的电化学窗口(>5V vs.Li+/Li)。此外，SN在转变温度(
‑
40℃)和熔化温度(60℃)之间保持固态，这不同于传统商用有机电解质室温下易挥发的特性从而保证了室温下SN基塑晶电解质的高安全性。
[0004]然而，当应用于固态锂金属电池时，基于SN的塑晶电解质主要面临两个关键问题。一方面，锂金属催化的腈聚合地副反应导致电极和电解质之间的不相容接触，这将降低锂金属的稳定性。另一方面，在锂盐溶解后，SN的熔点将显著降低，从而显著降低基于SN的塑晶电解质的机械强度，使其难以作为独立的自支撑电解质膜应用在固态锂金属电池中。因此，需要一个载体来负载基于SN的塑晶电解质。通常，载体的机械强度和孔隙网络的均匀性是决定固态锂金属电池中SN基塑晶电解质性能的两个关键特性。具体而言，高机械强度可以适应Li金属的体积变化并抑制锂枝晶的生长；均匀的孔隙网络有利于锂离子的均匀传输从而降低电池运行过程中的极化。不幸的是，由于成本高、制备过程复杂和结构不可调整，以往研究中所报告的载体仍不令人满意。对于基于SN塑晶电解质来说，寻求一种简单且成本效益高的策略来制备有效的载体，该载体不仅机械强度高同时具有适当的可调节结构从而利于锂离子均匀传输，仍然是一种迫切且具有挑战性的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是要提供一种塑晶电解质载体的制备方法，以解决现有技术中载体组分复杂，制备繁琐，结构不可控，机械强度不良的问题。
[0006]特别地，本专利技术提供了一种塑晶电解质载体的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中，并混合均匀以得到混合溶液；
[0008]将所述混合溶液放置在室温环境下，挥发后得到多孔聚合物膜坯料；
[0009]对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体。
[0010]进一步地，所述对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体的步骤中还包括以下步骤：
[0011]配置锂盐溶剂；
[0012]将所述多孔聚合物膜载体置入所述锂盐溶剂内浸润，以使所述多孔聚合物膜载有所述锂盐电解质。
[0013]进一步地，所述对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体的步骤中还包括以下步骤：
[0014]配置锂盐溶剂；
[0015]将所述锂盐溶剂滴入到所述多孔聚合物膜载体上，以使所述多孔聚合物膜载有所述锂盐电解质。
[0016]进一步地，所述将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中，并混合均匀以得到混合溶液的步骤中所述丁二腈的量为所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的量的10
‑
40wt％。
[0017]进一步地，所述可挥发溶剂为二甲基甲酰胺与丙酮混合形成的共混溶剂，所述二甲基甲酰胺与所述丙酮的体积比为范围在(1～5):10中任一值。
[0018]进一步地，所述将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中，并混合均匀以得到混合溶液的步骤中还包括以下步骤：
[0019]将所述混合溶液保持在60
‑
80℃并持续搅拌至所述混合溶液变成澄清透明状态。
[0020]进一步地，所述对所述多孔聚合物膜进行干燥处理的步骤中还包括以下步骤：
[0021]将所述多孔聚合物膜放置在真空环境下，使其保持在40
‑
60℃中烘干并保存。
[0022]进一步地，所述获取锂盐溶剂的步骤中，包括以下步骤：
[0023]将双三氟甲磺酰亚胺锂盐和二草酸硼酸锂盐加入至熔融的丁二腈中，以配置成熔融溶剂；
[0024]所述熔融溶剂中的所述锂离子与所述丁二腈的总摩尔比为范围在1:(15～25)中任一值。
[0025]进一步地，所述配置所述锂盐电解质的步骤中，所述操作在手套箱内进行。
[0026]进一步地，所述手套箱内充满保护气体。
[0027]本专利技术通过将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中并进行混合、干燥等步骤中以制备多孔聚合物膜载体，通过将丁二腈添加至多孔聚合物中，以得到结构能够调节的多孔聚合物载体，从而解决了现有技术中载体组分复杂，制备繁琐，结构不可控，机械强度不良的问题。
[0028]根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明
了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0029]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
[0030]图1是根据本专利技术一个实施例的多孔聚合物载体的制备流程图；
[0031]图2是根据本专利技术一个实施例的多孔聚合物载体的实物图；
[0032]图3是根据本专利技术一个实施例的多孔聚合物载体的表面形貌SEM图；
[0033]图4是根据本专利技术一个实施例的多孔聚合物载体的电解质吸附图；
[0034]图5是根据本专利技术一个实施例的多孔聚合物载体的应力应变曲线图；
[0035]图6是根据本专利技术一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塑晶电解质载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中，并混合均匀以得到混合溶液；将所述混合溶液放置在室温环境下，挥发后得到多孔聚合物膜坯料；对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体的步骤中还包括以下步骤：配置锂盐溶剂；将所述多孔聚合物膜载体置入所述锂盐溶剂内浸润，以使所述多孔聚合物膜载有所述锂盐电解质。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述多孔聚合物膜坯料进行干燥，从而得到多孔聚合物膜载体的步骤中还包括以下步骤：配置锂盐溶剂；将所述锂盐溶剂滴入到所述多孔聚合物膜载体上，以使所述多孔聚合物膜载有所述锂盐电解质。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯和丁二腈加入可挥发溶剂中，并混合均匀以得到混合溶液的步骤中所述丁二腈的量为所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的量的10
‑
40wt％。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭辉，鲍德全，张浩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：