一种全固态复合聚合物电解质及其制备方法技术

一种全固态复合聚合物电解质及其制备方法，它涉及一种复合聚合物电解质及其制备方法。本发明专利技术解决了现有全固态复合聚合物电解质的电导率低，以及粘度大导致机械加工性差，以及制备周期长的问题。本发明专利技术的全固态复合聚合物电解质由聚乙烯亚胺、聚环氧乙烷、柠檬酸、锂盐和填料制成，本发明专利技术的制备方法步骤如下：一、将ＰＥＩ、柠檬酸和锂盐加入有机溶剂中混合均匀，再撒入ＰＥＯ混合至均匀；二、将填料与有机溶剂混匀，静置；三、将步骤一与步骤二的混合物混合搅拌均匀，浇注到模具中真空干燥即得全固态复合聚合物电解质。本发明专利技术的复合聚合物电解质电导率大幅度提高，达到或超过８×１０↑［－３］Ｓ.ｃｍ↑［－１］，粘度降低，机械加工性能提高。可用于锂离子二次电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合聚合物电解质及其制备方法。
技术介绍
目前广泛研究的PEO-锂盐-纳米材料复合电解质存在如下缺点① 室温电导率低， 一般在1(TM0'^cm";② 复合聚合物电解质的粘度大，机械强度差，导致电解质材料的机械 加工性差，在加工成型过程中脱模困难，成品率下降。目前全固态复合聚合物的制备周期长， 一般要在4 5天，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有全固态复合聚合物电解质的电导率低，及粘 度大导致机械加工性差，以及制备周期长的问题，本专利技术提供了一种全固态复 合聚合物电解质及其制备方法。本专利技术的一种全固态复合聚合物电解质由聚乙烯亚胺(PEI)、聚环氧乙烷 (PEO)、拧檬酸、锂盐和填料制成，其中PEI与锂盐的质量比为0.1 0.5: 1， PEO与锂盐的质量比为1.5 3: 1，柠檬酸与锂盐的质量比为0.05~0.2: 1，填 料与锂盐的质量比为0.1 0.5: 1;填料^LiNi^yCoxAly02， LiNi^.yCOxAly02 中x+y〈1， 0<x<l， 0<y<l。本专利技术的全固态复合聚合物电解质制备方法的 步骤如下 一、将聚乙烯亚胺(PEI)、柠檬酸和锂盐加入有机溶剂中，然后超 声分散15 30min，再磁力搅拌2 4h得均匀溶液，然后再向均匀溶液中撒入聚 环氧乙烷(PEO)，继续搅拌至均匀，其中，PEI与锂盐的质量比为0.1 0.5: 1， 柠檬酸与锂盐的质量比为0.05~0.2: 1，有机溶剂与锂盐的比例为50mL 100mL: lg， PEO与锂盐的质量比为1.5 3: 1; 二、将填料与有机溶剂混合，超声分 散或搅拌15 30min至均匀，再磁力搅拌16 24h，静置0.5 lh,其中，填料与步 骤一中锂盐的质量比为0.1~0.5: 1，有机溶剂与步骤一中锂盐的比例为 10mL 50mL: lg;三、将步骤一与步骤二的混合物混合搅拌至均匀，然后浇注到模具中并在5(TC下真空干燥24 36h，即得全固态复合聚合物电解质。本专利技术采用的LiNik-yCoxAly02 (其中x+y〈1， 0<x<l， 0<y<l)活性 超细微粒代替LiNiLx.yMnxCOy02 (其中x+y〈1， 0《x<l， 0《y<l)， A1203， Ti02， Zr02， Si02等超细粉填料，在改善聚乙烯亚胺(PEI)-聚环氧乙烷(PEO) 基电解质的机械强度的同时进一步提高其电导率，2(TC时电导率可以达到或超 过7xl(^S， cm'1。本专利技术的全固态复合聚合物电解质具有电化学活性的同时具 有很好的电化学稳定性，可用于锂离子二次电池。本专利技术的全固态复合聚合物电解质的制备周期短，只需2天，生产效率高， 得到的全固态复合聚合物电解质电导率高，粘度低，机械加工性好。本专利技术将 LiNi^.yC Aly02复合氧化物和柠檬酸引入全固态复合聚合氧化物中，使全固 态聚合氧化物的粘度降低，强度提高。全固态复合聚合物电解质中的 LiNih.yC"Aly02分散在高分子链段之间，、阻止了高分子的规整排列，有效降 低了PEO的结晶度，使PEO保持高度的无定形态，使全固态复合聚合物电解质 中无定形区含量增加，同时，LiNi^yCOxAly02中锂离子解离后提高了载流子 的浓度，两者相互结合作用提高了全固态复合聚合物电解质电导率。另外具有 柔性分子链的柠檬酸，其极性表面基团可作为PEO链段与阴离子"交联"的中 心，在提高复合聚合物电解质强度的同时，使PEO保持高度无定形态，降低PEO 链的重结晶倾向，提高复合聚合物电解质的电导率。在填料LiNikyC"Aly02 和柠檬酸的共同作用下，全固态复合聚合物电解质电导率提高到1(T39 cm"数 量级，机械强度提高。与现有全固态复合聚合物电解质相比，其电导率提高了 1~3倍。全固态复合聚合物电解质体系中无定形区域的增加，必然使其粘度降 低，机械加工性能提高。 附图说明图l是具体实施方式七得到的全固态复合聚合物电解质的线性扫描伏安曲 线。图2是具体实施方式二十得到的全固态复合聚合物电解质的交流阻抗谱图。 具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施 方式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式全固态复合聚合物电解质由聚乙烯亚胺(PEI)、聚环氧乙烷(PEO)、柠檬酸、锂盐和填料制成，其中PEI与锂盐的 质量比为0.1 0.5: 1， PEO与锂盐的质量比为L5 3: 1，柠檬酸与锂盐的质量比为0.05-0.2:1，填料与锂盐的质量比为0.1-0.5: 1;填料为LiNiux-yC。xAly02，固"0)為02中x+y< 1 ， 0<x<l， 0<y<l。本实施方式中复合聚合物电解质的电导率有了很大幅度的提高，可以达 到或超过7xl0 3S cm 1。具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是锂盐为LiC104、 LiTFSI或LiCF3S03。其它参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是柠檬酸经 5(TC干燥处理。其它参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三不同的是填料为 LiNi,Co。.14Al,02。其它参数与具体实施方式一至三相同。本实施方式中全固态复合聚合物电解质的电导率为8.39x10—3S* cm'1。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至三不同的是填料为 LiNi。.5Co。.3Al。.202。其它参数与具体实施方式一至三相同。本实施方式中全固态复合聚合物电解质的电导率为8.0xl(T3S* cm"。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至三不同的是填料为 LiNi。jC0(uAl0.802。其它参数与具体实施方式一至三相同。本实施方式中全固态复合聚合物电解质的电导率为7.6xl(T3S* cm'1。具体实施方式七本实施方式复合聚合物电解质制备方法的步骤如下 一、将聚乙烯亚胺(PEI)、柠檬酸和锂盐加入有机溶剂中，然后超声分散 15~30min，再磁力搅拌2~4h得均匀溶液，然后再向均匀溶液中撒入聚环氧 乙烷(PEO),继续搅拌至均匀，其中，PEI与锂盐的质量比为0.1 0.5: 1， 柠檬酸与锂盐的质量比为0.05-0.2: 1，有机溶剂与锂盐的比例为 50mL 100mL: lg， PEO与锂盐的质量比为1.5 3: 1; 二、将填料与有机溶 剂混合，超声分散或搅拌15 30min至均匀，再磁力搅拌16 24h，静置0.5~lh， 其中，填料与步骤一中锂盐的质量比为0.1~0.5: 1，有机溶剂与步骤一中锂 盐的比例为10mL 50mL: lg;三、将步骤一与步骤二的混合物混合搅拌至 均匀，然后浇注到模具中并在5(TC下真空干燥24~36h，即得全固态复合聚合物电解质。本实施方式在步骤二中静置后若有沉淀则弃去沉淀物。本实施方式全固态复合聚合物电解质的制备周期短，只需2天，生产效 率高，得到的全固态复合聚合物电解质电导率高，粘度低，机械加工性好。 本专利技术采用的LiNi^.yCoxAly02 (其中x+y〈1， 0<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态复合聚合物电解质，其特征在于它由聚乙烯亚胺、聚环氧乙烷、柠檬酸、锂盐和填料制成，其中聚乙烯亚胺与锂盐的质量比为０．１～０．５∶１，聚环氧乙烷与锂盐的质量比为１．５～３∶１，柠檬酸与锂盐的质量比为０．０５～０．２∶１，填料与锂盐的质量比为０．１～０．５∶１；填料为ＬｉＮｉ↓［１－ｘ－ｙ］Ｃｏ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｏ↓［２］，ＬｉＮｉ↓［１－ｘ－ｙ］Ｃｏ↓［ｘ］Ａｌ↓［ｙ］Ｏ↓［２］中ｘ＋ｙ＜１，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大明，王淑堂，杨柳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]