[發明專利]一種納米材料修飾橡膠-凝膠電解質薄膜及制備方法及用途

在審

• 申請號: 201811074561.0
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109326821A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張平;蔣運鴻;丁燕懷;楊忠美;鄧超華;姜勇;尹久仁
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01G9/028;H01G9/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張宇江

本發明公開了一種納米材料修飾橡膠?凝膠電解質的制備方法及用途，屬新能源材料技術領域。所述的納米材料修飾的橡膠?凝膠電解質薄膜，包含納米材料，橡膠，有機電解液；納米材料為10～40Wt％，橡膠為20～50Wt％，有機電解液為3～60Wt％。本發明制備方法路線簡單，操作條件溫和，制備工藝綠色環保，熱穩定好，與金屬界面相容性好，變形空間大且穩定，可有效防止儲能裝置短路和枝晶穿刺。更重要的是由于其吸附有機電解液能力突出，很好的提高了離子電導率和離子遷移數。

技術領域

本發明涉及一種納米材料修飾橡膠-凝膠電解質薄膜的制備方法及應用，屬于新能源材料技術領域。

背景技術

化石油和天然氣等傳統能源的快速消耗以及空氣環境污染迫使綠色新能源的開發成為解決問題的重要關鍵。近年來,鋰離子電池是迅速發展起來的新化學電源體系，與傳統的鎳鎘或鎳氫電池相比，它具有高能量密度、無記憶效應、長循環壽命和較快的充、放電等優點。可廣泛用于各種便攜式電子產品如：手機、相機、筆記本電腦等需要充電電池的產品，還可作為電動汽車和混合動力車所需的動力電源等。然而，盡管商業鋰離子電池具有液體有機電解質表現出令人滿意的離子電導率和循環能力，泄漏，火災和爆炸等安全隱患不容忽視。因此，研究人員對純無機固體電解質如鋰磷氮氧化物(LiPON)電解質和硫化物電解質進行了廣泛的研究。這些電解質不含液體和有機成分，可有效避免電池燃燒和爆炸等安全事故。但是，離子電導率較低無機固體電解質和固體電解質與電極之間的相容性差，不能令人滿意。橡膠-凝膠電解質是液體和固體之間狀態的更安全的準固態電解質，具有形狀可控性，高離子電導率和足夠的電化學穩定性的一系列優點，其可通過將橡膠基質膜浸入液體電解質中而形成。該體系具有如下優點:第一，變形穩定的性能較強、離子電導率能夠達到10-3Scm^-1，鋰離子遷移數能夠達到0.8～0.95；第二，無定形區發生溶脹，不僅能夠成為載流子遷移的通道，而且減緩了液態多孔膜中普遍存在的電解液泄漏問題；第三，在體系制備過程中，僅活化步驟需在無水條件下進行，其它步驟在通常條件下進行，因此非常適合產業化。所以該技術一經問世就引起了廣泛的關注，并且已經成為目前制備凝膠電解質膜的主要方法。但該方法制備的凝膠電解質膜仍然存在如下問題：第一，多孔膜骨架是采用浸沒沉淀法制備的，雖然這種方法可以得到多種不同的孔結構，比如蜂窩狀、指狀及海綿狀孔等，但是該方法不容易實現多孔膜的結構可控性和結構重復性；第二，膜孔徑分布寬，不易調節。

中國專利公開號為CN107394265A，公開日期為2017年11月24日，發明名稱為“雙溶劑分步轉相制備聚甲基丙烯酸甲酯凝膠電解質微孔膜的方法”，將制孔劑與易揮發溶劑混合并溶解聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，充分溶解后用刮膜器均勻地涂布于平板上；靜置，待易揮發溶劑揮發后，浸入去離子水中，待聚合物膜中的制孔劑溶于水后，取出烘干；烘干后的聚合物膜浸入鋰鹽電解液中，得聚甲基丙烯酸甲酯凝膠電解質微孔膜。其操作雖然簡單易行，但其力學強度不夠，且耐溫性能不好；中國專利公開號為CN106129468A，公開日期為2016年11月16日，發明名稱為“一種單離子聚合物凝膠電解質材料的制備方法”，該方法采用化學法引發自由基聚合交聯，需要額外加入引發劑，且需在加熱條件下制備，造成純度不高、產品后處理困難、制備過程耗能大、生產工藝難控制等缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米材料修飾橡膠-凝膠電解質薄膜及制備方法及應用。

本發明的技術方案是，一種納米材料修飾的橡膠-凝膠電解質薄膜，所述橡膠-凝膠電解質包含納米材料，橡膠，有機電解液；納米材料為10～40Wt％，橡膠為20～50Wt％，有機電解液為3～60Wt％。

所述的納米材料修飾的橡膠-凝膠電解質厚度為50～300μm。

所述納米材料為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁或氧化鋅無機納米材料。

所述橡膠為聚氨酯橡膠、硅橡膠、丁苯橡膠或丁晴橡膠中的一種或幾種。

所述的有機電解液為鋰電池電解液或電容器電解液。