一种聚二氧戊环固态电解质电池隔膜制造技术

本发明专利技术公开了一种多孔氧化石墨烯制备聚二氧戊环固态电解质电池隔膜的方法，其步骤如下：第一步，通过添加分散剂搅拌配制一定比例的氧化物纳米颗粒

【技术实现步骤摘要】
一种聚二氧戊环固态电解质电池隔膜、制备方法、电池和电化学装置


[0001]本专利技术属于锂离子电池隔膜
，尤其涉及一种聚二氧戊环固态电解质电池隔膜
、
制备方法
、
电池和电化学装置
。

技术介绍

[0002]为了追求锂电池更高的能量密度和安全性，固态电池的开发应用已经吸引了全世界研究人员与投资者的关注
。
然而固态电解质与正负极之间存在较高界面电阻，严重影响了固态电池的整体性能
。
[0003]在之前的研究中，研究人员通过
1,3
‑
二氧戊烷
(DOL)
在固态电解质隔膜与电极之间的原位聚合，形成了有效连接电极与隔膜的聚二氧戊环
(PDOL)
，大大降低了固态电解质隔膜与电极之间的界面电阻，有效地促进锂的可逆沉积和剥离，提高了固态电池的整体性能
。
但原位聚合得到的聚二氧戊环
(PDOL)
单体转化率低
、
分子量低，在较高温度与电压下，稳定性差，导致固态电池在较高工作温度与电压下的性能表现严重下降
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的问题，本专利技术设计了一种多孔氧化石墨烯制备聚二氧戊环固态电解质电池隔膜
。
通过添加含有大量酸性位点的氧化物纳米颗粒，提高了二氧戊环
(DOL)
的单体转化率，增大了聚二氧戊环
(PDOL)
的分子量；同时通过添加多孔氧化石墨烯
HGO
，与氧化物纳米颗粒共同形成三维网络，增大了聚二氧戊环
(PDOL)
的机械强度和锂离子电导率
。
最终所得到的氧化物
/
多孔石墨烯复合聚二氧戊环隔膜能够单独成膜，并且具有良好的机械性能与锂离子电导率
。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种聚二氧戊环固态电解质电池隔膜，包括聚二氧戊环，所述聚二氧戊环中含有氧化物纳米颗粒和多孔氧化石墨烯，所述氧化物纳米颗粒与所述多孔氧化石墨烯形成三维网络结构
。
[0007]作为进一步方案，所述氧化物纳米颗粒包括纳米二氧化硅
(SiO2)、
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)、
二氧化钛
(TiO2)、
氧化铝
(Al2O3)
中的一种或至少两种
。
[0008]作为进一步方案，二氧化硅
(SiO2)、
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)
中的一种或至少两种
。
[0009]作为进一步方案，所述氧化物纳米颗粒粒度
D50
为
0.3
μ
m
‑
1.0
μ
m
，优选为
0.3
μ
m
‑
0.5
μ
m。
[0010]作为进一步方案，所述多孔氧化石墨烯的孔径为
5nm
‑
50nm
，比表面积为
100m2/g
‑
500m2/g
；
[0011]作为进一步方案，所述多孔氧化石墨烯的孔径为
10nm
‑
20nm
，比表面积为
200m2/g
‑
300m2/g。
[0012]作为进一步方案，所述聚二氧戊环固态电解质电池隔膜中还分布有锂离子
。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种多孔氧化石墨烯制备聚二氧戊环固态电解质电池隔膜的方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一，配制氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合二氧戊环溶液
A
：称取一定质量的二氧戊环，搅拌条件下，向二氧戊环中添加一定质量的分散剂
a
，分散均匀，而后取一定质量的氧化物纳米颗粒
b、
一定质量的锂盐
c
和一定质量的多孔氧化石墨烯，加入至二氧戊环中，继续搅拌，得到氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合二氧戊环溶液
A
；
[0015]步骤二，引发聚合反应，聚合成膜：称取一定质量的引发剂
d
，加入到二氧戊环溶液
A
中，搅拌形成混合液；将混合液倒入模具中，聚合反应，得到氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合聚二氧戊环隔膜
。
[0016]作为进一步方案，所述步骤一与步骤二均在手套箱中完成，控制环境中氧气与水分含量低于
0.5ppm
；
[0017]作为进一步方案，所述多孔氧化石墨烯采用双氧水水热法制备，制备方法包括如下步骤：
[0018]S11
：取氧化石墨烯，分散于水中，超声，得到均匀分散的氧化石墨烯水溶液，加入双氧水，搅拌；
[0019]S12
：水热反应，待反应釜冷却后，将所得分散液倒出，干燥，得到多孔氧化石墨烯粉末；
[0020]作为进一步方案，所述
S11
中，氧化石墨烯由
Hummers
法制备得到；所述
S12
中，所述干燥包括依次进行的冷冻干燥和真空干燥；
[0021]作为进一步方案，所述冷冻干燥温度为
‑
25℃
‑‑
10℃
，冷冻干燥时间为
36h
‑
72h
；
[0022]作为进一步方案，所述真空干燥温度为
20℃
‑
60℃
，真空干燥时间为
12
‑
24h
，真空度为
‑
0.01Mpa
‑‑
0.1Mpa
；
[0023]作为进一步方案，所述
S12
得到的多孔氧化石墨烯的孔径为
5nm
‑
50nm
，比表面积为
100m2/g
‑
500m2/g
；
[0024]作为进一步方案，所述多孔氧化石墨烯的孔径为
10nm
‑
20nm
，比表面积为
200m2/g
‑
300m2/g。
[0025]作为进一步方案，所述步骤一中二氧戊环纯度大于
99.8wt
％，所述二氧戊环中含有
50
‑
100ppm
的阻聚剂，所述阻聚剂为丁基羟甲基苯；
[0026]作为进一步方案，所述分散剂
a
包括聚乙二醇
PEG、
油酸
、
油胺
、
司盘
80、
吐温
80
中的一种或至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种聚二氧戊环固态电解质电池隔膜，其特征在于，包括聚二氧戊环，所述聚二氧戊环中含有氧化物纳米颗粒和多孔氧化石墨烯，所述氧化物纳米颗粒与所述多孔氧化石墨烯形成三维网络结构
。2.
根据权利要求1所述的聚二氧戊环固态电解质电池隔膜，其特征在于，所述氧化物纳米颗粒包括纳米二氧化硅
(SiO2)、
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)、
二氧化钛
(TiO2)、
氧化铝
(Al2O3)
中的一种或至少两种，优选为二氧化硅
(SiO2)、
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)
中的一种或至少两种；所述氧化物纳米颗粒粒度
D50
为
0.3
μ
m
‑
1.0
μ
m
，优选为
0.3
μ
m
‑
0.5
μ
m
；所述聚二氧戊环固态电解质电池隔膜中还分布有锂离子
。3.
根据权利要求1所述的聚二氧戊环固态电解质电池隔膜，其特征在于，所述多孔氧化石墨烯的孔径为
5nm
‑
50nm
，比表面积为
100m2/g
‑
500m2/g
；进一步方案，所述多孔氧化石墨烯的孔径为
10nm
‑
20nm
，比表面积为
200m2/g
‑
300m2/g。4.
一种多孔氧化石墨烯制备聚二氧戊环固态电解质电池隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，配制氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合二氧戊环溶液
A
：称取一定质量的二氧戊环，搅拌条件下，向二氧戊环中添加一定质量的分散剂
a
，分散均匀，而后取一定质量的氧化物纳米颗粒
b、
一定质量的锂盐
c
和一定质量的多孔氧化石墨烯，加入至二氧戊环中，继续搅拌，得到氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合二氧戊环溶液
A
；步骤二，引发聚合反应，聚合成膜：称取一定质量的引发剂
d
，加入到二氧戊环溶液
A
中，搅拌形成混合液；将混合液倒入模具中，聚合反应，得到氧化物纳米颗粒
/
多孔氧化石墨烯复合聚二氧戊环隔膜
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一与步骤二均在手套箱中完成，控制环境中氧气与水分含量低于
0.5ppm
；所述多孔氧化石墨烯采用双氧水水热法制备，制备方法包括如下步骤：
S11
：取氧化石墨烯，分散于水中，超声，得到均匀分散的氧化石墨烯水溶液，加入双氧水，搅拌；
S12
：水热反应，待反应釜冷却后，将所得分散液倒出，干燥，得到多孔氧化石墨烯粉末；所述
S11
中，氧化石墨烯由
Hummers
法制备得到；所述
S12
中，所述干燥包括依次进行的冷冻干燥和真空干燥；所述冷冻干燥温度为
‑
25℃
‑‑
10℃
，冷冻干燥时间为
36h
‑
72h
；所述真空干燥温度为
20℃
‑
60℃
，真空干燥时间为
12
‑
24h
，真空度为
‑
0.01Mpa
‑‑
0.1Mpa
；所述
S12
得到的多孔氧化石墨烯的孔径为
5nm<...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘高峰，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：湖州南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：