[發明專利]一種固體聚合物電解質的制備方法

有效

• 申請號: 201910390487.1
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110224171B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王家鈞;王旭峰;姜再興;左朋建;尹鴿平
• 申請（專利權）人: 招遠市國有資產經營有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

本發明公開了一種固體聚合物電解質的制備方法，所述方法使用經過處理的粉煤灰作為填料，采用溶液澆注?熱壓成型方法制備以PEO為基體的固體聚合物電解質。本發明使用經過處理的粉煤灰作為填料，采用溶液澆注?熱壓成型方法制備的固體電解質具有較高的離子電導率、較寬電壓窗口和較好的機械性能，可以抑制負極鋰枝晶的生長，有利于提高鋰離子電池循環性能。本發明使用粉煤灰作為填料原材料，成本低廉，有利于降低制造成本，能夠實現工業廢渣回收再利用，響應國家環境保護號召。本發明制備方法簡單，以商用磷酸鐵鋰為正極材料，鋰片為對電極，組裝出扣式全電池在室溫條件下，具有優異的倍率性能和循環穩定性，具有很好的市場前景。

技術領域

本發明涉及一種固態電解質的制備方法，具體涉及一種使用經過處理的粉煤灰顆粒作為填料制備固態電解質的方法。

背景技術

鋰離子電池具有高的能量和功率密度，低自放電率和長循環壽命，因此，鋰離子電池在3C電子、儲能和電動汽車等領域得到廣泛應用。

然而，目前的鋰離子電池大部分使用的傳統的液態有機電解液，存在著易燃、易泄露等安全性問題，相比之下，固態電解質具有高熱穩定性、低可燃性、無泄漏和揮發風險等優點，并且是實現高容量鋰金屬陽極的最有前途的方法之一。固體聚合物電解質因其出色的可制造性和輕質性，工藝簡單，成本低廉，目前被認為是最有可能實現大規模工業化和產業化的固體電解質。

早期，科研工作者探索了許多導鋰離子的聚合物，其中聚環氧乙烷(PEO)基復合材料得到廣泛認可。PEO分子中含有能夠使鋰鹽分離的醚配位以及協助離子運輸的柔性大分子結構。PEO晶體區域的存在干擾了離子傳輸，因此，鋰離子需要在非晶相才能實現快速傳導，所以在PEO熔點以上電導率才會急劇增加；但是，在高溫下，PEO會變成一種粘性液體并失去其尺寸穩定性。最早，由Weston和Steele首次成功地提出通過在聚合物基質中加入陶瓷填料來改善聚合物電解質膜的離子電導率和機械強度。引入陶瓷填料主要有三方面作用：(1)降低結晶度，增大非結晶區，利于Li⁺遷移；(2)填料顆粒附近可以形成快速Li⁺通道；(3)提高聚合物基體力學性能，易于成膜。目前，被廣泛研究的是惰性陶瓷填料，如Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂等。

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。隨著電力工業的發展，火電廠粉煤灰排放量逐年增加，成為我國當前排量最大的工業廢渣之一。通過對粉煤灰處理，不僅可以變廢為寶，而且方法簡單，得到的陶瓷填料，引入到聚合物填料中獲得良好的效果，為處理工業廢渣提供新的出路。

發明內容

為了解決室溫下固體聚合物電解質電導率偏低的問題，本發明提供了一種固體聚合物電解質的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種實用廉價的固體聚合物電解質的制備方法，使用經過處理的粉煤灰作為填料，采用溶液澆注-熱壓成型方法制備以PEO為基體的固體聚合物電解質。具體包括以下步驟：

步驟(1)：取適量的火電廠工業廢料廢煤灰(灰黑色粉體顆粒)，置于馬弗爐中高溫煅燒，以除去粉煤灰顆粒表面的有機碳，得到土黃色粉體顆粒，其中：燒結制度為室溫升溫至500～800℃，升溫速率為1～10℃/min，保溫1～10h，然后隨爐自然冷卻；