凝胶聚合物电解质及用于制备其的方法技术

本发明专利技术提供了一种凝胶聚合物电解质及用于制备其的方法

【技术实现步骤摘要】
凝胶聚合物电解质及用于制备其的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池电解质领域，具体而言，涉及一种凝胶聚合物电解质及用于制备其的方法
。

技术介绍

[0002]在全球能源转型的背景下，锂离子电池凭借其独特的高比能量
、
高效率和质量轻等优点，成为一种重要的储能系统，广泛应用于笔记本电脑
、
数码相机
、
手机等便携式电子设备，备受当今新能源学术界和产业界关注
。
然而，大规模锂离子电池的应用受限于其安全性，主要是因使用传统的聚烯烃类的隔膜而造成的液态有机电解液泄露引起的
。
为解决可充电的锂离子电池的安全性问题，固态和半固态电解质被公认为是很有前景的选择
。
虽然固态电解质能够从根本上解决安全性的问题，但是其离子电导率太低，不适合实际应用
。
由聚合物基体吸收液态电解液而形成的凝胶聚合物电解质属于半固态电解质的一种，同时具有半固态电解质的安全性和相比固态电解质较高的离子电导率，以及电化学稳定窗口宽
、
与电极界面相容性好
、
热稳定性好等特点，吸引了越来越多的关注
。
[0003]聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物因具有结晶度低
、
介电常数高及能够满足锂离子电池长时间循环充放电性能需求的极好的化学稳定性，而广泛用来制备凝胶聚合物电解质
。
但是，与其他类型的聚合物相比，聚偏二氟乙烯
‑
>六氟丙烯共聚物的机械强度较差
、
生产成本相对较高，不适合单独用做制备凝胶聚合物电解质的原料
。
通过向聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物中添加无机纳米填料或者复合其他聚合物有望解决这些问题
。
[0004]然而，无机纳米颗粒因具有较大的比表面积一般会引起颗粒团聚，同时存在与聚合物基体的有机
‑
无机相分离问题，减弱了在凝胶聚合物电解质中掺杂无机纳米颗粒的优势
。
例如，即使通过超声或者球磨工艺也很难将二氧化钛纳米颗粒分散在聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物中
。
[0005]此外，凝胶聚合物电解质具备的多孔结构使得当电化学活性物质在充放电过程中从集流体上发生剥离时容易引起微短路的问题
。
当具有致密结构的纤维素膜做为凝胶聚合物电解质的基体时，可避免该微短路的问题，并且能够展示出良好的热稳定性和电化学性能
。
纤维素是地球上储量丰富和可再生的能源之一，具有易于从植物中获得
、
生物相容性好
、
化学稳定性高和环境友好等特点
。
许多纤维素类的材料已广泛应用于锂离子电池中，例如粘结剂
、
隔膜
、
电解质
、
电解质添加剂等，以替代石化产品
。
但是，纤维素类的凝胶聚合物的电解质的机械性能相对较差，仍然存在一些空间来提高其电化学性能
。
[0006]中国专利“一种锂离子电池用三明治结构多层凝胶聚合物电解质及其制备方法
(CN201710363276.X
，
CN107230803A)”公开了一种三明治结构多层凝胶聚合物电解质的制备方法：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于溶剂中，于
20
‑
150℃
下回流搅拌至溶液澄清透明，之后在常温下继续搅拌2‑
10h
，得到
A
膜纺丝液，进行静电纺丝，在接收板上得到纺丝膜
A
膜；将聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚己内酯溶解于溶剂中，于
20
‑
150℃
下回流搅拌至溶液澄清透明，之后在常温下继续搅拌2‑
10h
，得到
B
膜纺丝液，进行静电纺丝，在带有纺丝膜
A
膜的接收板
上进行接收，得到
A/B
两层结构复合膜；将
A
膜纺丝液装入静电纺丝仪中，在带有
A/B
两层结构复合膜的接收板进行接收，得到
A/B/A
三层结构复合膜；重复以上步骤，每一步喷出的丝均利用相邻的上一步得到的接收板进行接收，得到由
A
膜和
B
膜交替复合制成的三明治结构多层凝胶聚合物复合膜；将复合膜在
1mol/L
的
LiClO4的
PC
电解液中活化，得到三明治结构多层凝胶聚合物电解质
。
[0007]中国专利“一种三层结构的全固态聚合物电解质膜的制备方法
(CN201510958722.2
，
CN105552434A)”公开了三层结构的锂离子电池全固态聚合物电解质膜的静电纺丝制备方法：将聚氧乙烯和
LiClO4按物质的量比为
8:1
溶于乙腈溶剂中，磁力搅拌
1h
后加入
TiO2纳米粒子，超声振荡分散
1h
，使得
TiO2纳米粒子分散均匀，接着磁力搅拌
12h
，得到分散均匀的乳浊液
A
；将聚偏氟乙烯与丙酮按照
7:3
进行混合，磁力磁力搅拌
1h
后加入
TiO2纳米粒子，超声振荡分散
1h
，使得
TiO2纳米粒子分散均匀，接着磁力搅拌
12h
，得到分散均匀的乳浊液
B
；将乳浊液
A
和
B
进行逐层电纺制备，乳浊液
A
用于制备上层和下层，乳浊液
B
用于制备中间层，调整两层溶液的体积，控制上下层与中间层的厚度比均为3～
5:1
，将得到的三层聚合物电解质膜真空干燥
24h。
[0008]中国专利申请“一种原位掺入
MOF
的
PVDF
‑
HFP
‑
PEO
双层固态聚合物电解质的制备方法和应用
(CN202111635039.7
，
CN114335711A)”公开了双层固态聚合物电解质的制备方法：取1～3重量份的
LITFSI、10
～
30
重量份的
PVDF
‑
HFP、100
～
200
体积份的有机试剂
、0.5
～2重量份的
MOF
材料进行混合，超声，磁力搅拌得到
PVDF
‑
HFP
基静电纺丝液，超声除气泡后，经静电纺丝在基底上纺制一层
PVDF
‑
HFP
膜，经甲醇溶液洗涤和真空干燥后，得到含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质包含具有夹层结构的聚合物膜，所述夹层结构的聚合物膜包含至少两个聚合物层和相邻的所述聚合物层之间的纤维素层，所述聚合物层包含由硅烷偶联剂表面修饰的无机纳米颗粒
。2.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，形成所述聚合物层的聚合物包括聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯，优选聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
。3.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，形成所述纤维素层的纤维素包括羟乙基纤维素
、
乙酸纤维素或乙酸丁酸纤维素中的一种或多种，优选羟乙基纤维素
。4.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括
(
十七氟
‑
1,1,2,2
‑
十四烷基
)
三甲氧基硅烷
、
乙烯基三乙氧基硅烷
、
乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三
(
β
‑
甲氧乙氧基
)
硅烷中的一种或多种，优选
(
十七氟
‑
1,1,2,2
‑
十四烷基
)
三甲氧基硅烷
。5.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述无机纳米颗粒包括二氧化硅
、
二氧化钛或三氧化二铝纳米颗粒中的一种或多种，优选二氧化硅纳米颗粒
。6.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，以占所述聚合物层的重量百分含量计，所述由硅烷偶联剂表面修饰的无机纳米颗粒的用量为
0.1
％～
1.0
％
。7.
根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物层的厚度为
10
μ
m
～
40
μ
m
，所述纤维素层的厚度为
10
μ
m
～
40
μ
m。8.
一种用于制备权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳平，严大洲，杨涛，温国胜，韩治成，王洪勋，张城，陈宋璇，
申请(专利权)人：中国有色工程有限公司，
类型：发明
国别省市：