[發(fā)明專利]含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310045465.4
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103094612A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李為立;邢玉金;楊剛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;C08J5/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物電解質(zhì)，更具體是涉及一種應(yīng)用于聚合物鋰離子電池的含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜及制備方法。

背景技術(shù)

聚合物電解質(zhì)作為聚合物鋰離子電池重要的組成部分，其在電池中的重要性毋庸置疑。其不僅起離子導(dǎo)電的作用，而且充當(dāng)電池的隔膜，將電池正負(fù)極分隔開來。將無機納米粒子摻雜聚合物電解質(zhì)中，制備有機-無機復(fù)合聚合物電解質(zhì)是產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢，納米粒子的摻混能夠有效提高電解質(zhì)材料的力學(xué)性能、耐熱性能、電化學(xué)穩(wěn)定等性能。以往研究，集中重點是將無機相直接摻雜混入有機相制備復(fù)合聚合物電解質(zhì)，所采用的無機填料包括Al₂O₃,TiO₂,SiO₂以及Sm₂O₃等，但所有這些填料，均非離子導(dǎo)體，其摻雜進(jìn)體系中，未能直接提高鋰離子在體系中的傳遞能力。因此很有必要對摻入的無機填料進(jìn)行改進(jìn)，以進(jìn)一步提高聚合物電解質(zhì)在體系中的離子導(dǎo)電能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)傳統(tǒng)無機填料復(fù)合聚合物電解質(zhì)在促進(jìn)離子導(dǎo)電性能上的不足，提供一種含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜及制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種含鋰硅溶膠摻雜PVDF的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜，薄膜的厚度為30～50μm，按質(zhì)量百分比由組分：含鋰硅溶膠為1～10%，分子量為5×10⁵聚偏氟乙烯為30～48%，1M六氟合磷酸鋰碳酸酯電解質(zhì)為50～61%制備而成，其中，所述1M六氟合磷酸鋰碳酸酯電解質(zhì)為由六氟合磷酸鋰摻入碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和乙烯碳酸酯所組成的混合溶液，其質(zhì)量比為：碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯:乙烯碳酸酯=1:1:1。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的另一個技術(shù)方案是：

一種含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜制備方法，包括如下步驟：

步驟1、制備含鋰硅溶膠：將TEOS與KH560按照摩爾比3:1～1:2的比例混合，以鹽酸為催化劑，調(diào)節(jié)PH為2～4，升溫至65~75℃，反應(yīng)5～8小時，形成硅溶膠；在65~75℃溫度下將KH560兩倍摩爾量的LiOH逐步加入到反應(yīng)體系中，再反應(yīng)1～2小時，得到含鋰硅溶膠；

步驟2、制備含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合多孔膜：將分子量M_n=5×10⁵PVDF粉末加入到N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，室溫下攪拌12～24小時后，加入步驟1得到的含鋰硅溶膠再攪拌6～12小時，以至完全溶解，混合物溶液濃度為0.15g/ml，聚合物溶液靜置脫氣泡后，用刮刀平整涂刮于玻璃板上，其厚度控制在30～50μm，然后以甲醇為沉淀劑，采用浸沒沉淀法制備得到含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合多孔膜；

步驟3、制備含鋰硅溶膠摻雜PVDF的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜：將含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合多孔膜在80℃～100℃的溫度下抽真空干燥8～12小時，再在手套箱中浸泡液體電解質(zhì)0.5～1小時，得到膜厚度為30～50μm的含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：

1、含鋰硅溶膠中的所含有的鋰陽離子與聚偏氟乙烯相互作用，促進(jìn)了聚偏氟乙烯的結(jié)晶度的降低，同時聚合物鏈段上的大陰離子的作用促進(jìn)加入的液體電解質(zhì)中的鋰鹽的離解，提高體系中導(dǎo)電的鋰離子的含量，并提高鋰鹽在體系中的運動能力，可促進(jìn)聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)性能的提高；

2、含鋰硅溶膠有利于減少有機/無機相間因為極性差異而導(dǎo)致的相界面分離等問題，使兩相間達(dá)到納米級別的復(fù)合，充分發(fā)揮復(fù)合聚合物電解質(zhì)的復(fù)合兩相的特點；共混的效果，有利于加入液體電解質(zhì)后得到的凝膠聚合物電解質(zhì)體系依然保持較好力學(xué)性能。

3、含鋰硅溶膠的摻混，有利于提高聚合物電解質(zhì)體系的電化學(xué)穩(wěn)定窗口。

本發(fā)明的含鋰硅溶膠摻雜PVDF的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)其室溫離子導(dǎo)電率達(dá)到10^-2Scm^-1數(shù)量級，電化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)到5.1V。符合實際聚合物鋰離子電池使用要求。

附圖說明

圖1是實施例1制備的含鋰硅溶膠摻雜PVDF復(fù)合多孔膜的掃描顯微鏡圖；

圖2是實施例1制備的含鋰硅溶膠摻雜PVDF的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜在不同溫度下測試的交流阻抗譜曲線圖；