[發(fā)明專利]摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310244269.X
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN103342777A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝惠麗;陳光森;李偉善;艾群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東精進(jìn)能源有限公司;華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/14
• 分類號(hào): C08F220/14;C08F220/18;C08F2/26;C08K3/36;C08K3/22;C08J5/18;C08L33/12;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 劉先珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有質(zhì)量輕、能量密度高、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，引起了許多科研工作者的興趣，其應(yīng)用范圍越來越廣。然而，液體有機(jī)溶劑電解質(zhì)的滲漏限制了液體鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展，特別是近幾年來應(yīng)用液體鋰離子電池的產(chǎn)品爆炸事故也屢見不鮮。其引發(fā)的安全性問題讓人們?cè)絹碓綋?dān)憂。而凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)是使用聚合物基體，將液體有機(jī)溶劑直接轉(zhuǎn)化為凝膠，同時(shí)兼?zhèn)淞艘簯B(tài)鋰離子電池離子電導(dǎo)率高和固態(tài)鋰離子電池安全性好等特點(diǎn)，從根本上解決了安全性問題；另外其在形狀上可以靈活多變，既可以保證電池內(nèi)部的充分接觸，又可以大大提高電池造型設(shè)計(jì)的靈活性，增強(qiáng)美觀性；而且聚合物電池有較好的循環(huán)壽命、成膜性、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。

為了進(jìn)一步提高GPE的綜合性能，可在聚合物基體中添加無機(jī)填料。加入無機(jī)填料的目的是降低聚合物的結(jié)晶能力，提高其電導(dǎo)率，改善體系的機(jī)械性能。申請(qǐng)?zhí)枮?00710133470.5的中國(guó)發(fā)明專利公開了“一種聚烯烴膜支撐凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法”，電化學(xué)穩(wěn)定窗口僅為4.6?V?(vs.?Li/Li⁺)；申請(qǐng)?zhí)枮?00610043125.8的中國(guó)發(fā)明專利公開了“一步法引發(fā)聚合制備納米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯凝膠聚合物電解質(zhì)的方法”，離子電導(dǎo)率僅為3.44×10^-4?S.cm^-1，電化學(xué)穩(wěn)定窗口最高僅為4.2?V?(vs.?Li/Li⁺)；申請(qǐng)?zhí)枮?00810219236.9的中國(guó)發(fā)明專利公開了“一種摻雜納米粒子的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法”，電化學(xué)穩(wěn)定窗口也僅為5.2?V(vs.?Li/Li⁺)。因此，亟待針對(duì)現(xiàn)有凝膠聚合物電解質(zhì)電化學(xué)窗口窄、機(jī)械性能不夠高、與金屬鋰的界面穩(wěn)定性差等問題，提供一種性能更佳的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括下述步驟：

1)?在保護(hù)氣體的保護(hù)下，將1～3重量份的乳化劑溶于60～70重量份的去離子水中，依次加入30～35重量份的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，58～65℃條件下反應(yīng)0.3～0.5h后，加入0.15～0.4重量份的引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)6～10h，得到聚合物乳液；

2)?將聚合物乳液加入體積為其1～1.5倍的破乳劑中攪拌破乳；?

3)?將步驟2）所得產(chǎn)物依次用去離子水、無水乙醇、去離子水洗滌，烘干后，得到聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯）；?

4)?將納米顆粒溶于90～96重量份的N-N二甲基甲酰胺溶劑中，超聲20～35min后，60～75℃條件下，加入4～10重量份的聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯），其中，納米顆粒為聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯）的1～15wt%；攪拌至完全溶解后，將其涂布在支撐體上，迅速浸泡入去離子水中，得到乳白色的薄膜，繼續(xù)浸泡2～3h，制備得到摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物膜；

5)?將鋰離子電池凝膠聚合物膜烘干，裁剪成所需尺寸，在電解液中浸泡30～60min，得到摻雜納米顆粒的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)。

優(yōu)選的，所述甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的重量比為（3～7）：1。

優(yōu)選的，所述乳化劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鉀中的至少一種；所述引發(fā)劑為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨中的至少一種。

優(yōu)選的，所述破乳劑為烷基溴化吡啶或Al₂(SO₄)₃的水溶液，其中，水溶液的濃度為2～4w/v%。

優(yōu)選的，所述納米顆粒為SiO₂、Al₂O₃、SnO₂、TiO₂、MgO、ZnO、ZrO₂、LiAlO₂、CeO₂、Fe₃O₄中的一種。更優(yōu)的，納米顆粒為SiO₂、Al₂O₃、TiO₂中的一種。