[发明专利]一种纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电解质技术领域，具体涉及一种纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质的制备方法。

背景技术

安全问题是制约大容量、高功率锂离子电池应用的瓶颈。目前广泛使用的液态电解质产生的漏液、电解质氧化分解及热失控等引起的燃烧、爆炸是电池的主要安全隐患。

当前常规的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5～10^-4s/cm)，使用应用受到限制,因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术之缺陷，提供一种纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质的制备方法。

本发明提供一种纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质的制备方法，其包括如下步骤：

将聚氧化乙烯和金属氧化物纳米粒子加入到有机溶剂中混合，再加入苯二甲酸二丁酯，搅拌，得混合物，其中，聚氧化乙烯和苯二甲酸二丁酯的浓度为0.02g/mL～0.1g/mL，纳米粒子的浓度为0.05mol/L～0.5mol/L，将所述混合物浇注到载体上，真空干燥，得到所述纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶薄膜；

在氮气或惰性气体保护下，将纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶薄膜浸入到电解液中5～60min，获得纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质，其中，所述电解液为含有Li盐的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中任意一种与乙烯碳酸酯混合物的溶液，Li+的浓度为0.5～2mol/L，所述碳酸二甲酯或碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯与乙烯碳酸酯的体积比为1:2～2:1。

本发明实施例提供的纳米粒子改性聚氧化乙烯基凝胶聚合物电解质制备方法通过纳米粒子的改性，提高了所制备的凝胶聚合物电解质薄膜的机械性能和导电性，其制备方法简单，成本低，安全性高，环境友好，有利于大规模制备凝胶聚合物电解质。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种纳米粒子改性聚氧化乙烯(PEO)基凝胶聚合物电解质的制备方法，其包括如下步骤：

S01：将PEO和金属氧化物纳米粒子加入到有机溶剂中混合，再加入苯二甲酸二丁酯，搅拌，得混合物，其中，PEO和苯二甲酸二丁酯的浓度为0.02g/mL～0.1g/mL，纳米粒子的浓度为0.05mol/L～0.5mol/L，将所述混合物浇注到载体上，真空干燥，得到所述纳米粒子改性PEO基凝胶薄膜；

S02：在氮气或惰性气体保护下，将纳米粒子改性PEO基凝胶薄膜浸入到电解液中5～60min，获得纳米粒子改性PEO基凝胶聚合物电解质，其中，所述电解液为含有Li盐的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中任意一种与乙烯碳酸酯混合物的溶液，Li⁺的浓度为0.5～2mol/L，所述碳酸二甲酯或碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯与乙烯碳酸酯的体积比为1:2～2:1。

具体地，步骤S01中，将PEO和金属氧化物纳米粒子加入到有机溶剂中混合，再加入苯二甲酸二丁酯，搅拌12～36h，得混合物。所述金属氧化物纳米粒子为TiO₂、MgO、Al₂O₃、ZnO。纳米粒子的粒径优选为10～100nm。所述苯二甲酸二丁酯可以为邻苯二甲酸二丁酯、间苯二甲酸二丁酯或对苯二甲酸二丁酯。所述有机溶剂为NMP、乙腈、四氢呋喃、DMF等常用有机溶剂。优选地，所述PEO和苯二甲酸二丁酯的浓度为0.03g/mL～0.06g/mL，所述纳米粒子的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L。将所述混合物浇注到载体上，在60℃～100℃下真空干燥24～48h，得到所述纳米粒子改性PEO基凝胶薄膜，其厚度为20～40μm。其中，所述载体可以为洁净的玻璃片等平板载体。