[發明專利]一種鋰離子電池凝膠聚合物電解質的制備方法

在審

• 申請號: 201710654387.6
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107591561A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 向勇;劉雯
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 閆樹平

技術領域

本發明涉及電池材料制備領域，特別涉及一種鋰離子電池凝膠聚合物電解質的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有比功率高、重量輕、工作電壓高、能量密度大、體積小等一系列的顯著優點而得到廣泛應用。鋰離子電池主要由正極、電解質、負極組成。現有的鋰離子電池電解質，按照其形態劃分，可分為液態電解質，凝膠電解質，固態電解質。液態電解質具有電導率高，已廣泛商業化的優點；但其安全性低，易發生液體泄漏，爆炸等。固態電解質具有良好的安全性，但其電導率低，還無法滿足商用鋰離子電池的使用要求。

凝膠聚合物電解質是以高分子聚合物為基體，并在此基礎上添加鋰鹽和增塑劑，所形成的凝膠態的電解質。凝膠聚合物電解質既具備液體電解質的高電導率，又具備固態電解質的安全性，兼具兩者的優點。

浸泡沉淀法是制備凝膠聚合物電解質的一種常用方法。首先將聚合物溶解在溶劑中，再把聚合物溶液均勻的刮涂在適當的支撐體上，然后將其浸入含有非溶劑的凝固浴當中，當溶劑與非溶劑通過菲克定律相互交換達到一定程度后，聚合物發生液-液相分離或固-液相分離，成為貧聚合物相和富聚合物相。富聚合物相固化之后成為電解質膜的主體，而貧聚合物相則成為膜的微孔，得到電解質薄膜。隨后，把電解質薄膜浸泡在電解液中凝膠化，就得到可應用在鋰離子電池的凝膠聚合物電解質。

浸泡沉淀法制備凝膠電解質的過程中，浸泡含有非溶劑的凝固浴是必要且重要的成膜步驟。在制備過程中，均勻刮涂在支撐體的聚合物溶液和支撐體一塊放入凝固浴后，聚合物溶液進行液-液相分離或固-液相分離，聚合物固化成膜，從支撐體上脫落，飄浮在凝固浴中。但其制備的電解質膜，因其表面不平整，電解質膜用于組裝電池的可利用率低，且會導致電解質與電池正極材料之間的界面電阻增大，進而影響鋰離子電池性能。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為克服浸泡沉淀法制備凝膠聚合物電解質中，其制備的電解質膜卷曲，表面不平整的技術問題。本發明提供了一種鋰離子電池凝膠聚合物電解質的制備方法。

本發明具體方法，包括以下步驟：

步驟1、配制PVDF-HFP(polyvinylidenefluoride-hexafluoropropylene，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)溶液，其組成為PVDF-HFP、成孔劑和溶劑的混合溶液；

所述PVDF-HFP：成孔劑：溶劑的質量百分比為(8-10)：(0-5)：(80-95)；成孔劑為聚乙烯吡咯烷酮和/或尿素；溶劑為N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。

步驟2、將步驟1配制的PVDF-HFP溶液均勻刮涂在支撐體上；所述支撐體為玻璃板、聚四氟乙烯板、鋁箔或銅箔。

步驟3、在距離支撐體上涂覆的PVDF-HFP溶液表面20-50cm處，采用PVDF-HFP溶液的非溶劑對其霧化處理，使非溶劑均勻噴灑在PVDF-HFP溶液表面，直至PVDF-HFP溶液成膜脫落，即電解質固化成膜后從支撐體上脫落。

步驟4、將步驟3從支撐體上脫落的電解質膜放入步驟3所用非溶劑的凝固浴中浸泡，使其完全去除成孔劑和溶劑；然后將電解質膜從凝固浴中取出，放入真空干燥箱中40-80℃干燥。

步驟5、把步驟4干燥后的電解質膜浸入電解液中浸泡至少2h，使其凝膠活化得到凝膠聚合物電解質。

進一步的，所述步驟3中霧化處理選用噴霧瓶噴灑、霧化器或加濕器進行。

現有的浸泡沉淀法，因聚合物溶液快速接觸凝固浴成分，液-液相分離或固-液相分離反應迅速劇烈，聚合物快速固化成膜，得到的電解質膜多出現卷曲，不平整等現象，電解質膜的形貌難以有效控制。

本發明通過先使PVDF-HFP溶液霧化處理，再放入凝固浴浸泡的方法，解決了PVDF-HFP溶液成膜過程中出現皺縮，表面不平整的現象。與現有直接浸泡凝固浴相比，本發明制備的凝膠聚合物電解質膜表面平整，提高了電解質膜的有效使用面積；且SEM顯示具有更小且均勻密集的孔徑，這有利于增強電解質膜的機械強度；具有更小的界面阻抗，提高了電池的性能。

附圖說明

圖1為現有技術，PVDF-HFP溶液浸泡凝固浴固化成膜的制備過程；

圖2為實施例的制備過程；

圖3(a)為現有技術制得的電解質膜實物圖；(b)為實施例制得的電解質膜實物圖；

圖4(a)為現有技術制得的電解質膜SEM(掃描電鏡)；(b)為實施例制得的電解質膜SEM；