[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用固體聚合物電解質(zhì)的制備方法

在審

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• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105633475A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉偉良;陳立寧;劉波;任慢慢;楊婷婷
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于電池技術領域，具體為鋰離子電池用固體聚合物電解質(zhì)的制備。

背景技術

鋰離子電池因能量密度高、比容量大、質(zhì)量輕等優(yōu)點廣泛用于便攜式電子設備如數(shù)碼相機、移動電話、筆記本電腦等。通常所用的鋰離子電池多采用電解液，采用有機電解液的鋰離子電池逐漸暴露出它的缺點：由于電解液易揮發(fā)泄漏，電池需要特殊的密封裝置和安全閥，并且不適合在50℃以上環(huán)境里工作；由于電解液易燃易爆，電池不能遭受破壞性操作，如遇火和猛烈撞擊，電池就變成了危險的燃燒彈。因此，人們一直想開發(fā)固體聚合物電解質(zhì)代替有機液體電解質(zhì)。Masuda.Y等用聚乙二醇和鋁酸鹽反應生成聚乙二醇-鋁酸酯,與雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰組成固體電解質(zhì)30℃時電導率達到10^-4S/cm數(shù)量級，且該電解質(zhì)的電化學穩(wěn)定窗口有4.5V，能基本滿足電池的應用要求。(MasudaY,SekiM,NakayamaM,etal.StudyonionicconductivityofPolymerelectrolyteplasticizedwithPEG-aluminateesterforreehargeablelithiumionbattery[J].SolidStateIonics,2006,177(9-10):843-846)。Lee等利用SiO₂與α-甲基苯乙烯復合也取得較好的效果。（K.H.Lee,Y.G.Lee,J.K.Park,etal.EffectofsilicaontheelectrchemicalcharacteristicsoftheplasticizedpolymerelectrolytesbasedontheP(AN-co-MMA)copolymer[J].SolidStateIonics,2000,133:257-263）。無機材料的加入也有助于提高電解質(zhì)的低溫電導率，一般認為無機納米材料可以阻礙聚合物的結(jié)晶化，擴大聚合物的非結(jié)晶區(qū)，有利于提高離子的運動能力。另外在無機粒子和有機物間存在著界面效應，這種作用可能對鋰離子的傳輸有著積極的影響。從安全角度來說，聚合物電池不容易燃燒爆炸；從技術角度來說，聚合物電解質(zhì)可以和金屬鋰電極配合，實現(xiàn)能量密度的最大化；從工藝上來說，聚合物電解質(zhì)本身可以替代昂貴的電池隔膜，而且不需要嚴格的密封，制造成本大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的主要問題是用固體聚合物電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋰離子電池電解液，解決電解液易揮發(fā)、易泄露和易燃燒而導致的電池爆炸的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：一種鋰離子電池用固體聚合物電解質(zhì)制備方法，包括步驟：

（1）將氨水和正硅酸乙酯以1～3:1的比例加入到醇類溶劑中，室溫下機械攪拌10～13小時，然后離心、洗滌、干燥，制得二氧化硅納米粒子；

（2）將步驟（1）所制得二氧化硅納米粒子、氨水和乙烯基硅烷偶聯(lián)劑按質(zhì)量1:1.5～2:1.5～2的比例加入到乙醇和水的混合物中，在70～80℃攪拌48小時，離心、洗滌、干燥，制得乙烯基化的二氧化硅納米粒子；

（3）將氫氧化鋰和丙烯酸以物質(zhì)的量比1:1～2溶于甲醇溶劑中，25℃攪拌2～4小時，然后將反應液倒入丙酮溶劑中，甲醇與丙酮的比例為1:6～8，然后抽濾，冷凍干燥48小時，制得丙烯酸鋰；

（4）將步驟（3）所制得丙烯酸鋰和步驟（3）制得乙烯基化的二氧化硅納米粒子按質(zhì)量比1～3:1溶于N，N-二甲基甲酰胺中，加入引發(fā)劑，65～80℃反應5～8小時，然后倒入去離子水中，離心、洗滌、干燥，制得二氧化硅納米粒子接枝的丙烯酸鋰；

（5）將甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇甲基丙烯酸酯以質(zhì)量比1:1～3的比例溶于二甲基乙酰胺溶劑中，加入引發(fā)劑，60～75℃反應10～15小時，繼續(xù)攪拌直至溶液形成均一的粘稠液；

（6）將步驟（4）所制得二氧化硅納米粒子接枝的丙烯酸鋰加入步驟（5）的粘稠液中，繼續(xù)攪拌8～10小時后，將混合液倒入聚四氟乙烯模具中，在通風櫥中干燥12小時，再放入真空干燥箱中干燥24小時。

上述步驟（1）中的醇類為甲醇、乙醇或丁醇，醇類溶劑用量為正硅酸乙酯質(zhì)量的30～35倍。

上述步驟（2）中的乙烯基硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的一種。

上述步驟（4）中的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰的一種。

上述步驟（6）中二氧化硅納米粒子接枝的丙烯酸鋰占共聚物質(zhì)量的30～50%。