[發明專利]一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 201610153789.3
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105742700A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 隋剛;張灑灑;方群;楊小平
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 范奇

技術領域

本發明涉及應用于鋰電池的凝膠聚合物電解質技術領域，具體是涉及聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

聚合物鋰離子電池誕生于1994年，用聚合物電解質代替液態電解液，解決了液體電解質易滲漏的問題，提高了使用的安全性，因而受到了廣泛關注。

聚合物電解質按其形態可以分為全固態聚合物電解質和凝膠聚合物電解質，其中凝膠聚合物電解質形態和性能介于液體電解質和全固態聚合物電解質之間，既具有液體電解質的高離子電導率，同時又具有全固態聚合物電解質安全性好、設計靈活、易于規模化生產等特點，為大型鋰離子電池在新能源汽車領域，太陽能、風能發電儲能設備中的應用提供保障。

凝膠聚合物電解質是由聚合物基體、增塑劑以及鋰鹽形成的凝膠態體系。它具有液體電解質體系中的隔膜與離子導電載體的功能。在凝膠聚合物電解質體系中液體電解質承擔離子導電功能，而聚合物在凝膠聚合物電解質中主要起骨架支撐作用使凝膠維持一定的幾何形狀。對用作骨架材料的聚合物的要求成膜性能好，膜強度高，電化學穩定窗口寬，在有機電解液中不分解等。至今研究的用于聚合物鋰離子電池的聚合物主要有如下幾種類型：聚醚系(主要為PEO)、PAN系、PMMA系、PVDF系、聚偏氯乙烯(PVC)和其他類型。但是常用的凝膠聚合物電解質普遍存在電化學穩定性差、界面相容性差及機械性能較低等缺點，使得凝膠聚合物電解質的實際應用受到了限制。

聚醚酰亞胺(PEI)具有很強的高溫穩定性、優良的機械性能、良好的阻燃性、抗化學反應等優良性能。可應用于電子、電機和航空等工業部門，并用作傳統產品和文化生活用品的金屬代用材料。聚醚酰亞胺基凝膠聚合物電解質在鋰離子電池中應用的實際效果好，具有一定程度的商業化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好化學穩定性的摻有無機納米填料的凝膠聚合物電解質的制備方法及其在鋰離子電池中的應用。本發明操作簡單，安全性高，適合凝膠聚合物電解質的連續規模生產。而且本發明制備的凝膠聚合物電解質具有高的離子電導率、寬的電化學穩定窗口，且與電極的相容性好，有利于提高鋰離子電池的安全性能。獲得的凝膠聚合物電解質膜機械強度高，化學穩定性好，可適用于鋰離子電池普遍采用的組裝方式，如疊膜等，因此也適用于柔性電池的設計生產。

本發明提供了一種新型的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，所述新型的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料包括聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。

其中，所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料中還含有至少一種含酰胺基的有機溶劑，其中，所述含酰胺基的有機溶劑用于分散所述聚醚酰亞胺和埃洛石納米管；

其中，所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質制備原料的配方為：埃洛石納米管0.1-1質量份，含酰胺基的有機溶劑74-77.9質量份，聚醚酰亞胺22-25質量份。

進一步，所述含酰胺基的有機溶劑包括N-甲基-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。

同時，本發明還提供了上述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備方法，具體包括如下步驟：

a)將埃洛石納米管在含酰胺基有機溶劑中超聲分散3-6h，使其均勻分散在含酰胺基有機溶劑中，得到混合溶液Ⅰ；

b)向混合溶液Ⅰ中加入聚醚酰亞胺，磁力攪拌12-24h，使其完全溶于混合溶液Ⅰ中，混合溶液II；

c)將混合溶液II倒入注射器，用靜電紡絲的方法在接收裝置上得到一張纖維膜；

d)將獲得的纖維膜移于干燥箱中，烘干；

e)將烘干后的纖維膜在手套箱中浸入到原鋰離子電池液體電解質中30-60min，使烘干纖維膜吸收液體電解質達到飽和狀態，從而制得所需的鋰離子電池凝膠聚合物電解質。

其中，上述靜電紡絲條件為：施加電壓：16-22kV，流速：0.4-0.8mL/h，接收裝置為滾筒或平板，接收距離：18-25cm。

進一步，所述的凝膠聚合物電解質膜厚度為100-200μm。

所述干燥箱內溫度：80-120℃，烘干時間：24-48h。

所述液體電解質為LiPF₆的碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯溶液。

有益效果

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

其一：

(1)本發明所述的鋰離子電池凝膠聚合物電解質選用聚醚酰亞胺為聚合物基質材料，由于聚醚酰亞胺的特有性質，使得以其為基質材料的凝膠聚合物電解質具有很好的熱穩定性、機械強度以及電化學穩定性。