[發明專利]一種復合聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010186083.3
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111224157A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 隋剛;黃校萱;朱明;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;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發明涉及一種復合聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用，其解決了現有材料存在的性能單一、機械性能差的技術問題，其由聚磷酸銨改性聚丙烯腈電解質層和碳納米管/聚丙烯酸層組成。本發明同時提供了其制備方法和應用。本發明可用于電池電解質的制備領域。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，尤其涉及一種復合聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用。

背景技術

當前，大多數鋰硫電池存在如下缺點：一、鋰硫電池具有高的比容量和比能密度，在充放電過程中生成多硫化物形成穿梭效應，造成電池能量衰減；二、可燃物硫和所用的聚合物電解質膜引發安全隱患，所使用的電解液主要為有機電解液容易燃燒，同時有機電解液的鋰硫電池在使用時容易從電池中泄露，存在不安全隱患；三、負極在反應過程中形成不均勻沉積，容易形成鋰枝晶，刺破隔膜引發短路等一系列安全問題，同樣限制了其發展與應用。

為了改善這些缺點，可以通過添加功能層和添加劑來提高電池性能。液體電解質雖然導電性能好，但是容易發生泄露，存在安全隱患，而全固態聚合物電解質雖然不存在電解液的泄露，安全性提高，但是其室溫離電導率較低，難滿足實際應用需求。凝膠聚合物電解質的形態介于液體電解質及全固態電解質之間，既緩解了液體電解質易泄露的安全隱患，又為離子的傳輸提供了類似液體電解質的液體環境，可大大提高電解質的離子電導率，因而在鋰硫電池中有很好的發展及應用前景。

然而目前的技術手段，基本都是單純通過加入其他填料或者添加劑或者引入功能層獲得電解質膜，性能比較單一，同時機械性能較差，不適宜直接應用于電池。

發明內容

本發明就是為了解決現有材料存在的性能單一、機械性能差的技術問題，提供一種具有多種功能、機械性能較好的復合聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用。

為此，本發明提供一種復合聚合物凝膠電解質，其由APAN(聚磷酸銨改性聚丙烯腈)電解質層和CNTs/PAA(碳納米管/聚丙烯酸)層組成。

優選的，所述復合聚合物凝膠電解質總厚度不超過500μm。

本發明同時提供一種復合聚合物凝膠電解質的制備方法，其包括如下步驟：(1)稱取聚丙烯腈溶解在氮氮二甲基甲酰胺中，溶解溫度50℃～70℃，溶解時間3h～10h；隨后加入聚磷酸銨，攪拌得到均勻紡絲溶液；經靜電紡絲，經真空環境干燥，得到APAN電解質薄膜；(2)將PAA(聚丙烯酸)室溫溶解在乙醇中，經攪拌溶解2h～5h得到均勻溶液，將CNTs(碳納米管)超聲分散在上述均勻溶液中，分散時間2h～8h，得到CNTs均勻分散的溶液；(3)裁剪所述步驟(1)中所得APAN電解質薄膜，使其可以完整且均勻覆蓋在真空抽濾裝置接口處，將所述步驟(2)所得溶液倒入真空抽濾裝置，進行抽濾，待所有液體抽干后，取出所得到的功能化聚合物復合電解質膜，經真空干燥后，得到多功能復合聚合物凝膠電解質。

優選的，步驟(1)中聚丙烯腈占紡絲溶液的質量百分比濃度為10wt％～20wt％。

優選的，步驟(1)所述聚磷酸銨聚合度n為50～1000。

優選的，步驟(1)中，聚磷酸銨占紡絲溶液的質量百分比濃度為10wt％～20wt％。

優選的，步驟(1)中，靜電紡絲工作電壓為15kV～18kV，注紡速度為0.8ml/h～1.2ml/h，采用輥筒或鋁板接受紡絲薄膜。

優選的，步驟(2)中，PAA(聚丙烯酸)占均勻分散溶液的質量百分比濃度為0.1wt％～0.5wt％，CNTs(碳納米管)占均勻分散溶液濃度0.1wt％～0.5wt％。

本發明同時提供一種復合聚合物凝膠電解質在鋰硫電池中的應用。

與現有技術相比，本發明的優點在于：