[發(fā)明專利]一種復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010186083.3
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111224157A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 隋剛;黃校萱;朱明;楊小平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

當(dāng)前，大多數(shù)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(yīng)，造成電池能量衰減；二、可燃物硫和所用的聚合物電解質(zhì)膜引發(fā)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(fù)極在反應(yīng)過程中形成不均勻沉積，容易形成鋰枝晶，刺破隔膜引發(fā)短路等一系列安全問題，同樣限制了其發(fā)展與應(yīng)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(zhì)雖然導(dǎo)電性能好，但是容易發(fā)生泄露，存在安全隱患，而全固態(tài)聚合物電解質(zhì)雖然不存在電解液的泄露，安全性提高，但是其室溫離電導(dǎo)率較低，難滿足實際應(yīng)用需求。凝膠聚合物電解質(zhì)的形態(tài)介于液體電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)之間，既緩解了液體電解質(zhì)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(zhì)的液體環(huán)境，可大大提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，因而在鋰硫電池中有很好的發(fā)展及應(yīng)用前景。

然而目前的技術(shù)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(zhì)膜，性能比較單一，同時機械性能較差，不適宜直接應(yīng)用于電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有材料存在的性能單一、機械性能差的技術(shù)問題，提供一種具有多種功能、機械性能較好的復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

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

優(yōu)選的，所述復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)總厚度不超過500μm。

本發(fā)明同時提供一種復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)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(jīng)靜電紡絲，經(jīng)真空環(huán)境干燥，得到APAN電解質(zhì)薄膜；(2)將PAA(聚丙烯酸)室溫溶解在乙醇中，經(jīng)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(zhì)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(fù)合電解質(zhì)膜，經(jīng)真空干燥后，得到多功能復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)。

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

優(yōu)選的，步驟(1)所述聚磷酸銨聚合度n為50～1000。

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

優(yōu)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(yōu)選的，步驟(2)中，PAA(聚丙烯酸)占均勻分散溶液的質(zhì)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(fā)明同時提供一種復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：