[发明专利]凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学合成领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质的制备方法。

背景技术

安全问题是大容量、高功率锂离子电池应用的瓶颈。目前，主要的安全隐患是广泛使用的液态电解质产生的漏液、氧化分解及热失控等引起的燃烧、爆炸。

当前常规的液体电解质优点是电导率高，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）产生的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。而固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5～10^-4 s/cm) , 使应用受到限制。

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，因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种凝胶聚合物电解质的制备方法，解决了现有液体电解液存在安全隐患的问题，通过在制备过程中复合SiO₂粒子，有效的提高了凝胶聚合物电解质的电导率。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：(a) 制备SiO₂/PEO复合聚合物微孔膜：将PEO溶于有机溶剂中，并加入正硅酸乙酯和氨水，升温水解后得到含有SiO₂ 的浆料，将所述浆料涂在玻璃板上保持10～120 min，再去除有机溶剂得到湿膜，对其真空干燥后即得到SiO₂ /PEO复合聚合物微孔膜。

(b) 制备复合SiO2的PEO基凝胶聚合物电解质：将所述SiO2/PEO复合聚合物微孔膜在惰性气体氛围下浸入电解液中保持5～60min，取出后即得到复合SiO2的PEO基凝胶聚合物电解质。

在所述步骤(a)中， 所述SiO2/PEO复合聚合物微孔膜的厚度为50～80 μm。

在所述步骤(a)中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈或乙醇。

在所述步骤(a)中，所述聚氧化乙烯、所述有机溶剂、所述正硅酸乙酯和所述氨水的质量比为10 g：（80～100）g：（5～8）g：6 g。

在所述步骤(a)中，所述湿膜的厚度为80～120 μm。

在所述步骤(a)中，所述真空干燥的条件为60 ℃、0.01 MPa。

在所述步骤(b)中，所述电解液的溶质为六氟磷酸锂，所述溶剂的浓度为0.5～1.5 mol/L。

在所述步骤(b)中，所述电解液的溶剂为体积比1:1～1:5碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯。

本发明还包括利用上述制备方法制得的凝胶聚合物电解质。

与现有技术相比，本发明的凝胶聚合物电解质及其制备方法，通过在制备过程中复合SiO₂粒子，有效的提高了凝胶聚合物电解质的机械性能，使其具备较高的拉伸强度，且在作为锂离子电池的凝胶聚合物电解质使用时，具有较高的比容量。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的凝胶聚合物电解质的制备过程大致分为以下步骤：(a) 制备SiO₂/PEO复合聚合物微孔膜：将聚氧化乙烯（英文缩写PEO，分子量40万）溶于有机溶剂中搅拌均匀，并加入正硅酸乙酯和氨水，升温到40～60℃水解后得到含有SiO₂ 的浆料，将得到的浆料均匀地涂在洁净的玻璃板上，在室温下放置10～120 min 后置入水槽中去除有机溶剂，得到厚度为80～120 μm的湿膜，对其在60 ℃、0.01 MPa下真空干燥，即得到厚度为50～80 μm的SiO₂ /PEO复合聚合物微孔膜；

(b) 制备复合SiO₂的PEO基凝胶聚合物电解质：将SiO₂/PEO复合聚合物微孔膜在惰性气体氛围的手套箱中，并将其浸入电解液（LiPF₆/ EC+DMC，EC + D MC表示EC与DMC的混合溶剂）中保持5～60min，取出后即得到复合SiO₂的PEO基凝胶聚合物电解质。

其中，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈或乙醇中的一种。