[發明專利]一種電化學和力學性能良好的聚乙烯醇基電解質膜的制備方法

有效

• 申請號: 202011171308.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112280071B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 于思樂;陳黎;趙煒;陳曦
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08J3/075;C08J3/24;C08L29/04;H01M12/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明提供一種電化學和力學性能良好的聚乙烯醇基電解質膜的制備方法，涉及高分子材料領域，解決現有液態電解質易泄露、儲存運輸不便等問題；本發明聚乙烯醇基電解質膜的制備方法包括以下步驟：在聚乙烯醇水溶液中加酸調節pH值，再滴加含醛基的離子溶液制得水凝膠，將得到水凝膠倒入玻璃板上平鋪成膜，制得聚乙烯醇基電解質膜；本發明制得的聚乙烯醇基電解質膜具有電化學和力學性能良好的優點，可作為固態電解質應用于電池中，提高電池安全性，擴大電池使用范圍。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種電化學和力學性能良好的聚乙烯醇基電解質膜的制備方法。

背景技術

隨著當今科學技術的發展和人民生活水平的提高，電池已經成為人們生產和生活中不可缺少的一部分。作為電池的主要部分之一的電解質，也成為了人們關注的熱點。目前主要應用的電解質是液態電解質，但是液態電解質安全性較差、易泄露和易燃燒，已經造成了多次鋰離子電池起火爆炸事故，對人和環境造成了危害，引起了人們對鋰離子電池安全問題的重視。

相較于液態電解質，固態或準固態電解質由于其固體形態使電解質不易泄露，其安全性和能量密度都有了很大的提升。固態電解質還具有良好的穩定性，包括化學穩定性和電位窗寬穩定性，因此科研人員力求用固態電解質代替原有液態電解液和隔膜，從而提高鋰離子電池安全系數，擴大鋰離子電池的使用范圍。具有液相結構的固態電解質一般稱其為凝膠聚合物電解質。其中的液相結構使得和固態電解質相比，它的導電性通常更加優異，加之無需考慮泄露等問題，因此相比于液體電解質來說其安全性更高。

水凝膠由于其廉價易得，制備工藝成熟，易成膜等優點，已得到學者和研究人員的關注。加之其可摻雜或與其他物質發生反應，使水凝膠獲得其他需要的性質，即改性使其功能化，有望成為固態或準固態電解質的理想材料。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種聚乙烯醇基電解質膜的制備方法，該電解質膜具有固態電解質的高能量密度和高安全性的優點，并且具備液態電解質的高導電性，即凝膠聚合物電解質。本發明由于兼具固液態電解質的優點，有望作為固態電解質應用于電池中，擴大電池使用范圍。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電化學和力學性能良好的聚乙烯醇基電解質膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)燒瓶中倒入聚乙烯醇和水，超聲波攪拌并加熱使聚乙烯醇溶解，得到聚乙烯醇粘性溶液；

(2)加入酸溶液調節pH至1.5～2.5，酸溶液為催化劑兼調節劑；待pH穩定后，向溶液中加入聚乙烯醇質量1～1.5倍的含醛基的離子溶液，以聚乙烯醇作為交聯主體，加熱進行交聯反應，聚乙烯醇在交聯劑的作用下交聯成網狀結構，含醛基的離子液體作為摻雜劑，通過弱力摻雜在聚乙烯醇網狀結構上，形成縮醛液水凝膠；

(3)反應完成后，用氫氧化鈉中和去溶液中的酸溶液，調節反應溫度和時間，得到一定粘度的縮醛液水凝膠；

(4)將制得的縮醛液水凝膠倒入玻璃板上平鋪成膜，控制厚度，得到電化學和力學性能良好的聚乙烯醇基電解質膜。

上述技術方案中，離子液體為摻雜劑，酸為催化劑兼調節劑，聚乙烯醇在交聯劑的作用下交聯成網狀結構，形成水凝膠，離子液體通過弱力摻雜在聚乙烯醇網狀結構上，從而制得機械性能、導電性能良好的導電水凝膠。

作為優選，步驟(1)所述聚乙烯醇(PVA)水溶液為：將聚乙烯醇按質量濃度為0.05～0.20g/mL加入到水中，在70～100℃條件下超聲攪拌至完全溶解后，冷卻至室溫，得到無色透明均勻的聚乙烯醇粘性溶液。

作為優選，步驟(2)所述酸為低濃度鹽酸溶液，采用濃鹽酸稀釋至摩爾濃度為0.5～2.0mol/L的稀鹽酸溶液，加入稀鹽酸溶液時，每隔兩滴測定溶液pH至1.5～2.5，停止滴加。