一种新型复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种新型复合材料的制备方法及应用，将两性化合物磺酸甜菜碱嫁接到聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种新型复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种新型复合材料的制备方法及应用，属于固态锂电池的


技术介绍

[0002]传统的液态电池存在电解液泄露、爆炸、自燃等安全隐患，兼具高安全性和高能量密度的固态锂电池有望从根本上解决上述安全隐患，是最具发展潜力的下一代锂电池技术。PVDF
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HFP聚合物基固态电解质的结晶度相对较低，高的电化学稳定性及介电常数等诸多优点，但室温离子电导率偏低，表面嫁接改性可提高其离子电导率；无机固态电解质具有较高的锂离子迁移数，较高的离子电导率、热稳定性及机械性能，但由于高脆性、刚性的特点，导致其与电极接触性较差。将聚合物固态电解质和无机固态电解质复合可以融合二者的优点并产生协同效应，但由于两者的物理化学性质相差较大，两组分之间的界面相容性较差，难以充分发挥两种组分之间的协同效应优势。同时，复合固态电解质与电极之间的界面兼容性也较差，需要进一步改善膜/电极界面的兼容性，降低界面阻抗，提高界面处锂离子的传输性能。
[0003]海洋中的贻贝可通过分泌含有的3,4
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二羟基
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l
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苯丙氨酸等成分的粘性蛋白紧密粘附在多种材料表面。单宁酸、多巴胺等材料中也含有3,4
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二羟基
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l
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苯丙氨酸的类似结构，氧化自聚合后也可以附着在多种物质表面。

技术实现思路

[0004]受贻贝现象启发，本专利技术拟通过在聚偏氟乙烯
‑/>六氟丙烯(PVDF
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HFP)表面化学接枝两性离子化合物磺酸甜菜碱(SB)得到SB
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PVDF
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HFP粉末后，与无机固态电解质和锂盐组成新型复合材料，并将其作为铸膜材料制备固态电解质膜，然后以该复合材料为铸膜材料和电极粘结剂与正极活性材料、导电剂按比例均匀混合制备正极片，将固态电解质膜与正极片组装在一起，构建界面兼容性高的三维连续锂离子传输网络通道的膜电极，不仅改善了固态电解质内部有机/无机两种组分的界面相容性，同时也提高了固态电解质膜与电极间的界面相容性及储锂性能。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现；
[0006]一种新型复合材料的制备方法，具体步骤如下：
[0007]将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯(PVDF
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HFP)粉末加入到缓冲液中，搅拌、离心、干燥后得到中间粉末，将中间粉末加入到磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液中，然后加入三乙胺，搅拌、离心、干燥后得到SB
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PVDF
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HFP粉末，与无机固态电解质和锂盐混合后，得到新型复合材料。
[0008]所述缓冲液的制备方法：使用盐酸将含有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷水溶液或含有单宁酸的三羟甲基氨基甲烷水溶液的pH值调节至8～8.5得到；所述PVDF
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HFP粉末与缓冲液混合的质量体积比g:mL为(2～3):100。
[0009]所述中间粉末与磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液的质量体积比g:mL为(2～3):
100；所述磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液的浓度为10～15mg/mL。
[0010]所述三乙胺与磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液的体积比为(0.1～0.3):50。
[0011]所述无机固体电解质为钛酸镧锂或钽掺杂锆酸镧锂等。
[0012]所述锂盐为高氯酸锂或双三氟甲磺酰亚胺锂等。
[0013]所述SB
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PVDF
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HFP粉末、无机固态电解质和锂盐的质量比为10:(1～3):2。
[0014]本专利技术还提供了所述方法制备得到的新型复合材料作为铸膜材料和/或电极粘结剂应用于固态锂电池，将新型复合材料作为铸膜材料使用的步骤如下：将新型复合材料、有机溶剂混合后制膜，得到固态电解质膜，作为固态锂电池的固态电解质膜材料使用；将新型复合材料作为铸膜材料和电极粘结剂使用的具体使用步骤如下：将新型复合材料、正极活性材料、导电剂、有机溶剂混合均匀制备电极浆料，并刮涂在铝箔表面干燥后形成正极片，与所述固态电解质膜组装在一起构建界面兼容性高的三维连续锂离子传输网络通道的膜电极。
[0015]所述正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂等。
[0016]所述导电剂为乙炔黑、石墨烯等。
[0017]本专利技术的优点与效果：
[0018]本专利技术受贻贝现象启发，制备新型复合材料，可以作为铸膜材料和/或电极粘结剂应用于固态锂电池，构建界面兼容性高的三维连续锂离子传输网络通道的膜电极，不仅提高了复合固态电解质膜内部不同组分之间的界面兼容性，也改善了固态电解质膜与电极之间的界面相容性，有利于锂离子在电芯中的传输，提高固态电池的电化学储锂性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术构建高兼容三维网络离子传输网络通道的膜电极结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例3固态电解质膜的实物图；
[0021]图3为本专利技术实施例3固态电解质膜的SEM图及EDX面扫；
[0022]图4为本专利技术实施例4以LiFePO4为正极活性材料组装成固态电池的循环稳定曲线；
[0023]图5为本专利技术实施例4以LiCoO2为正极活性材料组装成固态电池的充放电曲线。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0025]实施例1
[0026]配置单宁酸的三羟甲基氨基甲烷水溶液，并使用盐酸调节pH值至8，加入PVDF
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HFP粉，PVDF
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HFP粉末与单宁酸的浓度分别为20mg/mL与2mg/mL，三羟甲基氨基甲烷的浓度是0.01mol/L，搅拌12小时，离心干燥得到中间粉末，将1g中间粉末分散在50mL磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯的水溶液中，磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯的水溶液浓度为10mg/mL，再加入0.1mL三乙胺，搅拌12小时，过滤干燥得到表面化学接枝两性化合物的SB
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PVDF
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HFP粉末，将SB
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PVDF
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HFP、钛酸镧锂(LLTO)、高氯酸锂(LiClO4)按照10:1:2的质量比混匀后得到新型复合材料。
[0027]将该新型复合材料作为固态电解质膜材料使用的步骤如下：
[0028]将新型复合材料加入两倍体积的N,N
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二甲基甲酰胺，并搅拌12小时，通过刮涂法制备复合固态电解质膜，作为固态锂电池的固态电解质膜材料使用。
[0029]实施例2
[0030]配置单宁酸的三羟甲基氨基甲烷水溶液，并使用盐酸调节pH值至8.1，加入PVDF
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HFP粉，PVDF
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HFP粉末与单宁酸的浓度分别为25mg/mL与3mg/mL，三羟甲基氨基甲烷的浓度是0.01mol/L，搅拌18小时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将PVDF
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HFP粉末加入到缓冲液中，搅拌后离心、干燥得到中间粉末，将中间粉末加入到磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液中，然后加入三乙胺，搅拌、离心、干燥得到SB
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PVDF
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HFP粉末，与无机固态电解质和锂盐混合后，得到新型复合材料。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述缓冲液的制备方法：使用盐酸将含有盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷水溶液或含有单宁酸的三羟甲基氨基甲烷水溶液的pH值调节至8～8.5得到；所述三乙胺与磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯水溶液的体积比为0.1～0.3:...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯宏英，王一玄，刘显茜，兰建，黄宝祥，贾彦鹏，于晓华，荣菊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：