[發明專利]全固態聚合物電解質膜制備方法及所制備的電解質膜

有效

• 申請號: 201010556437.5
• 申請日: 2010-11-24
• 公開（公告）號: CN102020780A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 張愛玲;王松;李三喜;梁吉艷
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L67/02;C08L71/02;C08L33/12;C08K3/24;H01M8/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

本發明涉及聚合物電解質膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是指鋰離子二次電池，它是一個涉及化學、物理、材料、能源等眾多學科的交叉領域，其應用范圍十分廣泛。目前使用的鋰離子電池有質量輕、能量大、使用壽命長、工作電壓高、放電平穩等優點。但限制其發展的最主要問題是應用液體電解質體系，雖有著較高的離子導電能力，卻存在著較大缺陷，相對于金屬鋰電極和其他低電位電極的不穩定性，需要機械隔離和較大的電池體積、充電時間較長、內阻大而難以大電流放電、與其他電池難以并用、安全隱患等。外形靈活應用性能也十分有限。因此需要開發一種能夠滿足鋰離子電池、燃料電池所要求的并能夠用于商業的全固態聚合物電解質。?

全固態聚合物電解質（SPE）的室溫電導率無法達到10^-3S/cm、力學性能差是目前高能量密度鋰離子二次電池一直無法大規模應用的關鍵問題。聚環氧乙烷（PEO）是SPE研究中電導率提高較顯著的而成為國內外研究的熱點。用帶磺酸基團的液晶聚合物與PEO和聚甲基丙烯酸甲酯為主要組分，采用分子復合成膜方法制備出導電性和力學性能均能滿足鋰離子電池應用的聚合物電解質膜。

發明內容

本發明全固態聚合物電解質膜的制備方法，用固體聚合物電解質代替液體電解質，可以解決電解液的泄露帶來的安全問題，鋰離子電池的形狀可以根據需要變化。液晶聚合物的加入使其分子鏈中的磺酸離子與金屬陽離子相互作用，在外電場的作用下能使金屬陽離子進行遷移，提供了陽離子遷移通道，允許體積相對較大的載電荷離子在聚合物基體中進行“擴散運動”—使離子電導率提高到10^-3S/cm^-1的數量級；液晶聚合物的離子基團增加了組分與基體樹脂的相容性，而液晶的微纖又提高了膜的力學性能，從而滿足應用的需要。

本發明的技術方案為：

一種全固態聚合物電解質膜的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

將濃度范圍為3g/L?-50g/L的含磺酸根離子的液晶聚合物E或F溶于N-甲基吡咯烷酮、乙腈中，75℃-80℃恒溫攪拌至完全溶解為溶液G；

將濃度范圍為10g/L?-?20g/L的PEO溶于水、乙腈中攪拌至完全溶解為H；

將濃度范圍為10g/L?-13g/L的PMMA和濃度為9g/L-10g/L的LiClO₄溶于丙酮溶液中攪拌至完全溶解為溶液I；

將G、H、I三種溶液按體積比5:1:6混合或G、I三種溶液按體積比5:6混合攪拌均勻，澆鑄在模具中，在干燥空氣條件下揮發12h成膜或使用旋轉涂膜機制膜，然后在75-80℃條件下真空干燥72h，得到含液晶離聚物和LiClO₄的PEO/PMMA復合固態聚合物電解質膜；

其中PEO的分子量為10-60萬，PMMA的粘均分子量為10-50萬。

所述模具為聚四氟乙烯模具。

G、H、I混合后的粘度為10-300dl/g，G、I混合后的粘度為1-250dl/g。

所述含磺酸根離子的液晶聚合物E的結構式為：

所述含磺酸根離子的液晶聚合物F的結構式為：

所述含磺酸根離子的液晶聚合物E由單體A、B、C合成，F由單體A、B、D合成，單體A、B、C、D的結構式如下：

其中單體B中的n?=?6，8，10。

一種全固態聚合物電解質膜，其特征在于：其包含下述式表示的液晶聚合物E

??

和下述式表示的液晶聚合物F

?

所述電解質膜的膜厚度范圍為：0.2mm-0.5mm。

所述電解質膜的室溫離子電導率在10^-3S/cm以上。

通過本發明所述技術方案得到的電解質膜具有良好的離子電導率和高機械強度的高分子固體電解質模制品。

具體實施方式：

下面結合具體實施例對本發明進行具體說明：

實施例1：

（1）將濃度為3?g/L的含磺酸根離子的液晶聚合物E溶于N-甲基吡咯烷酮、乙腈中，75℃恒溫攪拌至完全溶解，得到溶液G；

（2）將濃度為10?g/L的PEO（分子量為50-60萬）溶于水、乙腈中攪拌至完全溶解，得到溶液H；