[发明专利]全固态聚合物电解质膜制备方法及所制备的电解质膜

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是指锂离子二次电池，它是一个涉及化学、物理、材料、能源等众多学科的交叉领域，其应用范围十分广泛。目前使用的锂离子电池有质量轻、能量大、使用寿命长、工作电压高、放电平稳等优点。但限制其发展的最主要问题是应用液体电解质体系，虽有着较高的离子导电能力，却存在着较大缺陷，相对于金属锂电极和其他低电位电极的不稳定性，需要机械隔离和较大的电池体积、充电时间较长、内阻大而难以大电流放电、与其他电池难以并用、安全隐患等。外形灵活应用性能也十分有限。因此需要开发一种能够满足锂离子电池、燃料电池所要求的并能够用于商业的全固态聚合物电解质。 

全固态聚合物电解质（SPE）的室温电导率无法达到10^-3S/cm、力学性能差是目前高能量密度锂离子二次电池一直无法大规模应用的关键问题。聚环氧乙烷（PEO）是SPE研究中电导率提高较显著的而成为国内外研究的热点。用带磺酸基团的液晶聚合物与PEO和聚甲基丙烯酸甲酯为主要组分，采用分子复合成膜方法制备出导电性和力学性能均能满足锂离子电池应用的聚合物电解质膜。

发明内容

本发明全固态聚合物电解质膜的制备方法，用固体聚合物电解质代替液体电解质，可以解决电解液的泄露带来的安全问题，锂离子电池的形状可以根据需要变化。液晶聚合物的加入使其分子链中的磺酸离子与金属阳离子相互作用，在外电场的作用下能使金属阳离子进行迁移，提供了阳离子迁移通道，允许体积相对较大的载电荷离子在聚合物基体中进行“扩散运动”—使离子电导率提高到10^-3S/cm^-1的数量级；液晶聚合物的离子基团增加了组分与基体树脂的相容性，而液晶的微纤又提高了膜的力学性能，从而满足应用的需要。

本发明的技术方案为：

一种全固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

将浓度范围为3g/L -50g/L的含磺酸根离子的液晶聚合物E或F溶于N-甲基吡咯烷酮、乙腈中，75℃-80℃恒温搅拌至完全溶解为溶液G；

将浓度范围为10g/L - 20g/L的PEO溶于水、乙腈中搅拌至完全溶解为H；

将浓度范围为10g/L -13g/L的PMMA和浓度为9g/L-10g/L的LiClO₄溶于丙酮溶液中搅拌至完全溶解为溶液I；

将G、H、I三种溶液按体积比5:1:6混合或G、I三种溶液按体积比5:6混合搅拌均匀，浇铸在模具中，在干燥空气条件下挥发12h成膜或使用旋转涂膜机制膜，然后在75-80℃条件下真空干燥72h，得到含液晶离聚物和LiClO₄的PEO/PMMA复合固态聚合物电解质膜；

其中PEO的分子量为10-60万，PMMA的粘均分子量为10-50万。

所述模具为聚四氟乙烯模具。

G、H、I混合后的粘度为10-300dl/g，G、I混合后的粘度为1-250dl/g。

所述含磺酸根离子的液晶聚合物E的结构式为：

所述含磺酸根离子的液晶聚合物F的结构式为：

所述含磺酸根离子的液晶聚合物E由单体A、B、C合成，F由单体A、B、D合成，单体A、B、C、D的结构式如下：

其中单体B中的n = 6，8，10。

一种全固态聚合物电解质膜，其特征在于：其包含下述式表示的液晶聚合物E

  

和下述式表示的液晶聚合物F

 

所述电解质膜的膜厚度范围为：0.2mm-0.5mm。

所述电解质膜的室温离子电导率在10^-3S/cm以上。

通过本发明所述技术方案得到的电解质膜具有良好的离子电导率和高机械强度的高分子固体电解质模制品。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明进行具体说明：

实施例1：

（1）将浓度为3 g/L的含磺酸根离子的液晶聚合物E溶于N-甲基吡咯烷酮、乙腈中，75℃恒温搅拌至完全溶解，得到溶液G；

（2）将浓度为10 g/L的PEO（分子量为50-60万）溶于水、乙腈中搅拌至完全溶解，得到溶液H；