[發明專利]改性堿性聚合物電解質薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201010134412.6
• 申請日: 2010-03-29
• 公開（公告）號: CN101800338A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 李李泉;朱云峰;居亞蘭
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M10/28
• 分類號: H01M10/28;H01M10/26
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及堿性二次電池(鎳氫電池、鎳鋅電池等)聚合物電解質的制造技 術領域，特別涉及用于鎳氫電池的改性堿性聚合物電解質薄膜及其制備方法。

背景技術

高分子聚合物電解質是20世紀70年代發展起來的一種電解質，目前聚合物電 解質的研究多集中在鋰離子電池的應用，對堿性聚合物電解質的研究起步較晚。 堿性聚合物電解質以易合成、成本低等特點，在堿性電池、超級電容器等方面都 具有潛在的應用價值。目前被研究的聚合物電解質主要有PEO、PVA、PAA等體 系，這類研究目前還大多處于實驗室階段，距離商業上的大規模生產和應用還有 一定差距，面臨的主要問題是離子電導率不夠高及高電導和良好機械性能不能同 時得到滿足。為了提高堿性聚合物電解質的綜合性能，目前通常采用共聚、共混、 交聯、加入無機填料等方法。在制備聚合物鋰離子電池中，增塑也是常用的方法， 改性后的聚合物體系電導率提高，且與電極的相容性也明顯改善，但其在堿性聚 合物電解質制備過程中基本沒有應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有堿性聚合物電解質薄膜室溫電導率低，綜合性 能不理想等問題，通過把高介電常數、高沸點和低粘度的有機化合物引入堿性聚 合物體系中增塑改性，提供一種具有良好電化學性能和機械性能的復合型堿性聚 合物電解質薄膜，本發明的另一目的是提供上述電解質薄膜的制備方法及應用。

本發明的技術方案為：一種改性堿性聚合物電解質薄膜，其特征在于由聚合 物基體、堿性化合物、增塑劑和水組成；其中堿性化合物與聚合物基體的質量比 為0.1～1.5∶1，增塑劑與聚合物基體的質量比為0.1～0.5∶1，水占改性堿性聚合物 電解質薄膜質量的20％～50％。

優選所述的聚合物基體為聚乙烯醇或聚氧化乙烯；堿性化合物為KOH、 NaOH或LiOH，為上述電解質材料提供必需的載流子，以便用于堿性二次電池 中；增塑劑為有機化合物丙三醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸 二乙酯或碳酸甲乙酯，他們都是高介電常數、高沸點和低粘度的有機化合物，他 們的加入使得基體高分子的玻璃化溫度降低很多從而使得薄膜的離子電導率提 高。但增塑劑的加入對薄膜的機械強度是不利的，因而要兼顧薄膜的離子電導率 和機械強度來考慮增塑劑的加入量。

本發明提供的上述改性堿性聚合物電解質薄膜制備方法，采用溶液澆注法， 其具體步驟如下：

A、將聚合物基體材料溶于去離子水中，加熱磁力攪拌至完全溶解，將增塑 劑加入上述溶液中繼續攪拌至均勻；然后向混合溶液中逐滴加入已配制好的堿性 化合物溶液，繼續加熱攪拌成均一透明的粘稠膠體；其中，堿性化合物與聚合物 基體材料的質量比為0.1～1.5∶1；增塑劑與聚合物基體材料的質量比為0.1～0.5∶1；

B、將步驟A所得混合溶液在室溫下靜置脫泡后，澆鑄到潔凈的玻璃器皿中， 20～40℃下真空干燥至水占改性堿性聚合物電解質薄膜質量的20％～50％，得到 白色透明的堿性復合聚合物電解質薄膜。

優選步驟A中去離子水的加入量為控制去離子水與聚合物基體材料的質量 比為10～20∶1；聚合物基體材料溶于去離子水中，優選在70℃～90℃下磁力攪拌； 加入增塑劑后，優選攪拌時間為0.5～1h；滴入堿性化合物溶液后，繼續加熱溫度 為60～90℃，攪拌時間為0.5～1.5h。

所述的堿性化合物溶液為KOH、NaOH或LiOH，優選堿性化合物溶液的濃 度為4～6mol/L；所述的增塑劑為有機化合物丙三醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、 碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯。

另外，本發明還提供了改性堿性聚合物電解質薄膜在堿性二次電池中的應 用；該堿性復合聚合物電解質材料在堿性二次電池中替代傳統的堿性溶液作為電 解質和隔膜。

有益效果：

(1)本發明采用溶液澆鑄法，將增塑劑與高分子基體共混，通過增塑改性 來制備堿性復合聚合物電解質薄膜，所得復合體系在較寬溫度范圍內均具有較高 離子電導率，室溫電導率達到10^-2S/cm數量級，提高了1～2個數量級，同時具 有高機械性能。

(2)本發明的復合堿性聚合物電解質具有良好的熱穩定性和電化學穩定性， 電化學穩定窗口可達2V左右，且循環50次后，基本不發生變化，能夠滿足鎳 氫電池的使用要求。