[發明專利]一種聚氧化乙烯基凝膠聚合物電解質膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210051850.5
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102610857A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙本好
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;C08J5/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及一種聚氧化乙烯基凝膠聚合物電解質膜的制備方法。

背景技術

聚合物電解質是由高聚物與無機鹽生成的具有離子導電能力的高分子絡合物，具有良好的機械性能和體積應變性、質量輕、比能量高以及消除漏液等優點。自Wright等發現聚氧化乙烯與堿金屬離子絡合的導電性以來，研究人員對聚合物電解質在制備、改性和應用方面做了大量工作，但聚合物電解質電導率普遍偏低，通常可由結晶度較低的聚合物基體合成鋰鹽，通過添加增塑劑和使用無機粒子等方法來提高聚合物電解質的電導率；另外，對于鋰離子電池而言，不僅要有較高的電導率，同時也應具有較大的鋰離子遷移數，這樣才可保證充放電過程中不易發生濃差極化而影響電池的性能，研究表明聚合物電解質體系的鋰離子遷移數與電解質基體和鋰鹽的結構密切相關，鑒于目前聚合物電解質所存在的離子電導率較低，離子遷移數較小的現狀，本專利設計以合成的新型鋰鹽-方酸鋰硼鹽LiB(C₄O₄)₂，以及利用對稱星形醚STEO為增塑劑，并以聚氧化乙烯為基體制備新型凝膠聚合物電解質，可有效的提高聚合物電解質鋰離子遷移數及其電導率。

發明內容

本發明的首要目的在于制備一種電導率相對較高的聚合物電解質，提高鋰離子聚合物電解質的鋰離子遷移數(t_Li⁺)，本發明提出了一種對稱星形醚STEO，其作為增塑劑使用，能改善鋰鹽與基體聚氧化乙烯體系的相容性，可提高電解質體系的鋰離子電導率；本發明設計合成了一種的電解質方酸鋰硼鹽，屬于鋰硼鹽體系，其陰離子較大，電荷具有離域性，這樣的鋰鹽溶解度較大，電離程度高，鋰離子的遷移性大，將其制備成聚合物電解質，聚合物電解質的鋰離子遷移數(t_Li⁺)會變大，電導率將會大大得以提高；此外，該發明還揭示增塑劑對稱星形醚STEO的用量對聚合物電解質的離子電導率影響較大，增塑劑的用量超過一定量后離子電導率則開始下降。

本發明采用如下技術方案：

聚氧化乙烯基凝膠聚合物電解質膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)首先制備電解質方酸鋰硼鹽：LiB(C₄O₄)₂，其結構式如下：

(2)制備凝膠聚合物電解質膜：將聚氧化乙烯、方酸鋰硼鹽和增塑劑對稱星形醚STEO加入到乙腈與乙醇的混合溶液中，所述的聚氧化乙烯為質量百分比為20％-35％，方酸鋰硼鹽質量百分比為15％-30％，對稱星形醚STEO質量百分比為50％，經磁力攪拌10-14h得到分布均勻的溶液后，將其倒于鋪有一層鋁箔紙的玻璃板上，將聚合物電解質用刮刀涂布成30mm的凝膠態薄膜層；

(3)將步驟(2)中的凝膠態薄膜層放置于干燥器中，室溫下放置24h，溶劑自然緩慢揮發，再將電解質膜放入真空干燥箱中常溫干燥22-26h，再升溫至45-55℃干燥45-50h，即可得到聚氧化乙烯基凝膠聚合物電解質膜。

所述的聚氧化乙烯基凝膠聚合物電解質膜的制備方法，其特征在于：所述的步驟(2)中增塑劑對稱星形醚STEO，是由季戊四醇與2-氯乙基甲醚按照摩爾比1∶4加入到二甲基亞砜溶劑里并加入固體氫氧化鈉，在60℃條件下磁力攪拌3h，然后過濾減壓提純取148℃、130Pa餾分而得；其具體結構如下：

本發明原理：方酸鋰硼鹽結構中，由于鋰離子半徑很小，而陰離子半徑較大，從而所形成的鹽離解能小而容易電離；另外，通過增大鋰鹽陰離子的體積，有助于提高鋰離子的遷移數，將方酸鋰硼鹽制備成以聚氧化乙烯基體，對稱星形醚STEO為增塑劑的聚合物電解質，聚氧化乙烯具有溶解鋰離子，會加快離子遷移的能力；此外，利用聚合物的彎曲鏈把對陰離子包圍住或者讓對陰離子成為聚合物的一部分，從而抑制了對陰離子的移動，結果會使鋰離子的遷移數大大增加，電導率得以提高。

本發明相對于其它聚合物電解質的制備具有以下優點：

(1)、本發明制作設備簡易，只需要如研缽、刮刀、鋁箔、打片器等簡單的工具便可制作；

(2)、本發明所述方酸鋰硼鹽是自己合成的，其本身結構決定了離子電導率較高，制備成聚合物電解質后會有良好的電化學性能，具有較好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明凝膠聚合物電解質膜的制備流程圖。

圖2為聚氧化乙烯+方酸鋰硼鹽+對稱星形醚STEO體系不同組分的電導率關系圖，圖中LBSQ為方酸鋰硼鹽。