一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质及其制备方法。该制备方法具体包括以下步骤：(1)将PVDF

【技术实现步骤摘要】
一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池制造
，具体涉及一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度和较长的循环稳定性长期受到电动交通工具和便携式电子器件的青睐。但随着时代的发展，社会对锂离子电池的能量密度和安全性有了更高的要求。固态电解质的使用一方面可以提升电池的安全性，另一方面可选用比能量极高的锂金属作为负极材料，提升电池整体的能量密度。基于此，以锂金属作为负极材料的全固态锂离子电池，成为当下新型储能领域的重要组成组成部分。
[0003]但固态电解质制备方式和与正负极材料接触的问题严重制约全固态锂金属电池的商业化进程，因此选择商业化上易制备且与正负极具有较高接触性的固态材料，并改进其其制备方法，是目前全固态锂金属电池发展的重要策略。
[0004]因此我们通过采用可自聚合的PVDF基聚合物电解质为研究对象，通过鼓风干燥、紫外照射和震动连用方式，将固态聚合单体直接在锂箔上均匀原位聚合为具有高封闭特性的固态电解质，在提升接触性的同时也起到对锂箔的保护作用减少锂箔对气氛的高敏感性。本专利技术通过制备具有高封闭的原位聚合固态电解质并优化流程，降低了锂金属对气氛的要求，同时增加锂离子电池的安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质及其制备方法。本专利技术通过配置一定比例的聚合物单体溶液并均匀涂在锂箔上，进一步通过鼓风干燥
‑/>紫外
‑
微波
‑
震动连用的形式均匀固化电解质，继而在全电池中进行测试展现出优异的电化学性能。
[0006]本专利技术的目的具体通过以下技术方案实现：
[0007]一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将PVDF
‑
HFP与PEGDA以一定比例混合，并加入一定量的有机溶剂溶解，再加入一定量的引发剂，经过均匀搅拌后得到聚合单体溶液；
[0009](2)将聚合物单体溶液以一定的厚度均匀涂覆在锂箔上，并形锂箔
‑
液层中间体；
[0010](3)将锂箔
‑
液层中间体在微波环境下活化，再经过震动
‑
紫外照射联合处理的共同作用下进行原位聚合，最终在一定温度的Ar气气氛中烘干得到具有高密闭特性的固态电解质
[0011]优选地，步骤(1)中所述的PVDF
‑
HFP的质量为0.15
‑
0.50g，PVDF
‑
HFP与PEGDA的质量比为1:0.05
‑
0.20。
[0012]优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂主要包括DMF、DMA或NMP，其加入体积为2.0
‑
5.0mL。
[0013]优选地，步骤(1)中所述的引发剂为光引发剂369、光引发剂819、光引发剂907或光
引发剂1173，其质量为0.0001
‑
0.0010g。
[0014]优选的，步骤(2)中所述的涂覆的一定厚度为80
‑
150μm
[0015]优选的，步骤(3)中所述的微波环境能量密度为100mW/cm2，活化时间为20
‑
40s。
[0016]优选的，步骤(3)中所述的震动处理，震动频率为50
‑
150Hz，振幅为50μm。
[0017]优选的，步骤(3)中所述的震动
‑
紫外照射联合处理时间为2.5
‑
4.5分钟。
[0018]优选的，步骤(3)中所述的Ar气氛下烘干温度为80
‑
120℃，时间为10分钟。
[0019]本专利技术通过在锂箔上原位固化固态电解质的策略，经过微波活化大大降低固化时间，通过震动
‑
紫外照射连用的方式制备均匀且高致密的固态电解质膜。一方面锂箔周围包覆的固态电解质有利于保护锂箔，降低后续工艺对气氛的要求，另一方面快速固化有利于节省成本并提升制造效率。本专利技术设计了一种低成本，易实现的改性方法，能够显著提升锂金属电池的的电化学性能，具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中产物的SEM。图2为实施例1和对比例1循环性能图
具体实施方式
[0021]实施例1
[0022](1)取0.4g PVDF
‑
HFP，0.04g PEGDA、0.0003g光引发剂369和3.6mlDMF均匀混合，即得聚合物单体溶液。
[0023](2)将聚合物单体溶液均匀涂覆在锂箔上，厚度为100μm。
[0024](3)将锂箔
‑
液层中间体在100mW/cm2微波环境下活化30s，再经过频率为100Hz，振幅为50μm的震动和紫外照射联合处理的共同作用下进行原位聚合3分钟，最终在90℃温度的Ar气气氛中烘干10分钟得到具有高密闭特性的固态电解质。
[0025]将LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2为正极材料活性物质。将其与导电剂乙炔黑(AB)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1的比例混合，以N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，置于小烧杯中按800r/min的转速搅拌混料2h，得到浆料。使用自动涂布机将浆料涂覆在集流体铝箔上，平放于钢化玻璃上并转至85℃的真空干燥箱中干燥4h，冲片制备成直径为12mm的极片后于真空干燥箱中105℃干燥4h，在含水量和含氧量均低于0.1ppm、充满氩气气氛的手套箱中放置4h以降低极片在转移过程中吸附的水分，后在手套箱中组装成CR2032型扣式电池。将所制备的固态聚合物锂箔复合材料冲裁成14mm的圆形片为负极及隔膜，以1mol/L的LiPF6溶液作为电解液。
[0026]材料的形貌在图1中展示。电池组装完成经老化12h后，进行不同电位的充放电测试。样品在2.8
‑
4.3V电压下，以1.0C电流密度下循环1000圈后的放电比容量为153.3mA h g
‑1，容量保持率为98.7％。
[0027]对比例1
[0028](1)取0.4g PVDF
‑
HFP和3.6mlDMF均匀混合，即得聚合物单体溶液。
[0029](2)将聚合物单体溶液均匀涂覆在锂箔上，厚度为100μm。
[0030](3)将锂箔
‑
液层中间体在100mW/cm2微波环境下活化30s，再经过频率为100Hz，振幅为50μm的震动和紫外照射联合处理的共同作用下进行原位聚合3分钟，最终在90℃温度
的Ar气气氛中烘干10分钟得到固态电解质。
[0031]将LiNi
0.6
Co...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一定比例的PVDF
‑
HFP和PEGDA混合，并加入一定量的有机溶剂溶解，再加入一定量的引发剂，经过均匀搅拌后得到聚合单体溶液；(2)将聚合物单体溶液以一定的厚度均匀涂覆在锂箔上，并形锂箔
‑
液层中间体；(3)将锂箔
‑
液层中间体在微波环境下活化，再经过震动
‑
紫外照射联合作用下进行原位聚合，最终在一定温度的Ar气气氛中烘干得到具有高密闭特性的固态电解质。2.根据权利要求1所述的一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述PVDF
‑
HFP的质量为0.15
‑
0.50g，PVDF
‑
HFP与PEGDA的质量比为1:(0.05
‑
0.20)。3.根据权利要求1所述的一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂主要包括DMF、DMA或NMP，加入体积为2.0
‑
5.0mL。4.根据权利要求1所述的一种具有高密闭特性的原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述引发剂为光引发剂369、光引发剂819、光引发剂9...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈坤麟，曹博仁，朱青坤，欧星，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：