[發明專利]一種復合塑晶聚合物電解質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611069667.2
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106816627A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 孫元娜;張青青;丁飛;劉凱;桑林
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于電解質材料技術領域，特別是涉及一種復合塑晶聚合物電解質材料及其制備方法。

背景技術

目前，市場上的鋰離子電池大都采用液態有機電解液作為電解質，它存在著漏液，循環穩定性差，尺寸不可控，熱穩定性差等缺點。用聚合物電解質代替傳統的有機電解液，不僅能避免電解液的泄露，而且聚合電解質具有形狀可控性，便于攜帶加工。作為理想的鋰離子電池的固態電解質，除了要求較高的電導率之外，還要求具有良好的成膜性和機械性能。對于目前的全固態聚合物電解質來說，比較常見的是PEO體系，雖然其克服了有機電解液漏液，尺寸不可控，易燃易爆等缺點，是全固態聚合物體系中必要有潛力的一類聚合物電解質，但其室溫下電導率較低，僅為10^-4s/cm，從而限制了其商業化的應用。通過加入液態有機增塑劑制備的凝膠態聚合物電解質，依靠聚合物鏈對增塑劑的吸附，溶脹作用，其離子電導率幾乎可以接近于液態電解液。然而，由于吸附大量電解液，聚合物電解質膜的機械性能大大下降，失去了固態電解質原有的優勢。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種復合塑晶聚合物電解質材料及其制備方法。

理想的電解質材料是既具有固態電解質的物理性能，又具有液態電解質的高電導率。塑晶態是一種介于結晶態和液態的中間態，對于結晶態而言，分子排列是取向有序，位置有序，對于液態而言，分子排列是位置無序，取向無序，而塑晶態是位置有序，取向無序。這使得塑晶既具有固態的性質，又具有液態的一些性質。Armand將塑晶材料丁二腈中加入5％鋰鹽LiTFSI中制備的鋰離子電池，具有較高的電導率，室溫下，其電導率為2*10^-3s/cm。然而塑晶材料成膜性不好，組裝電池時仍需要加入隔膜，用聚合物電解質代替隔膜，與塑晶結合起來，制備出電導率高，成膜性好，機械性能優的塑晶聚合物電解質。研究表明，無機納米粒子的加入，可以提高界面穩定性，減小聚合物電解質聚合前后的體積變化和充放電過程的體積變化，增大聚合物電解質的化學穩定窗口，無機-有機復合聚合物電解質具有獨特的結構和優異的性能。

復合塑晶聚合物電解質材料由聚合物基體、鋰鹽、塑晶、無機納米粒子所組成；制備工藝為：將聚合物、鋰鹽、塑晶、無機納米粒子(LAGP,MMT)用溶劑溶解，混合均勻后，將上述溶液倒入聚四氟乙烯模具中，加熱揮發溶劑，干燥即得到聚合物電解質膜。

本發明目的之一是為了解決液態有機電解液熱穩定性差，易漏液，容易短路爆炸等現象，提供一種具有熱穩定性好，化學穩定窗口寬，機械強度好同時具有較高的離子電導率等特點的復合塑晶聚合物電解質材料。

本發明復合塑晶聚合物電解質材料所采取的技術方案是：

一種復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：復合塑晶聚合物電解質材料由聚合物基體、鋰鹽、無機納米粒子、塑晶材料組成，聚合物基體、鋰鹽、無機納米粒子、塑晶材料的混合溶液制得塑晶聚合物電解質膜。

本發明復合塑晶聚合物電解質材料還可以采用如下技術方案：

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：聚合物基體為聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯中的一種或兩種混合物。

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、雙乙二酸硼酸鋰中的一種或幾種混合物。

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：無機納米粒子為納米粘土、LAGP、LATP中的一種或幾種。

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：塑晶材料為丁二腈。

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：混合溶液的溶劑為丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-N’二甲基甲酰胺、N-N’二甲基乙酰胺或四氫呋喃。

所述的復合塑晶聚合物電解質材料，其特點是：鋰鹽用量為聚合物基體重量的0.2-2倍，無機納米粒子為聚合物基體重量的0.05-0.5倍，塑晶用量為聚合物基體重量的0.1-5倍，溶劑用量為聚合物基體重量的5-20倍。

本發明目的之二是提供一種具有制備工藝簡單，操作方便，產品化學穩定窗口寬，機械強度好，離子電導率高等特點的復合塑晶聚合物電解質材料的制備方法。

本發明復合塑晶聚合物電解質材料的制備方法所采取的技術方案是：

復合塑晶聚合物電解質材料的制備方法，其特點是：復合塑晶聚合物電解質材料的制備工藝步驟是將聚合物基體、鋰鹽、無機納米粒子、塑晶材料用溶劑溶解，混合均勻后，將上述溶液倒入聚四氟乙烯模具中，加熱揮發溶劑，干燥即得到聚合物電解質膜。