[发明专利]一种PEO-锂盐复合锂离子导电膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜的制备方法，具体地说，涉及一种PEO-锂盐复合锂离子导电膜的制备方法。

背景技术

隔膜是锂离子电池的其中一个关键组件。目前市场上的锂电池主要采用聚乙烯和聚丙烯微孔膜。但聚乙烯和聚丙烯隔膜存在孔隙率较低，熔点较低，机械强度差，对电解质亲和性较差等缺点，影响了锂电池的性能和安全性。

为解决这些问题，有不少新材料用于制造锂电池隔膜，其中将聚合物电解质与锂盐混合后，用于锂电池隔膜，同时发挥电解液和隔膜的作用。聚氧化乙烯(PEO)是常用的聚合物电解质材料，然而PEO和锂离子化合物形成的复合聚合物膜室温下电导率较低，不能直接用于制造电池，需要加入其他聚合物与PEO混合，提高电导率。例如，在PEO中加入纳米Al₂O₃(E.Strauss，et al.Electrochimica Acta，1998，43(10-11)：1315-1320.)。但是采用此法制成的PEO电解质膜电导率只有1.66*10^-6S/cm，且粘度大，加工不便。

为了解决上述技术问题，可以在电解质材料中加入矿石粉末，中国专利ZL200710072630.X公开了向PEO-锂盐隔膜加入皂石的制备锂电池隔膜的方法，但所使用的皂石需要先在LiOH溶液中搅拌，使Na⁺被Li⁺替换。这不仅使生产工序变得复杂，同时也显著增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前PEO-锂盐复合锂离子导电膜导电率低、粘度大和可加工性差的问题，提供一种制造PEO-锂盐导电膜的方法。

本发明的一种导电膜由聚氧化乙烯(PEO)、锂盐、氟化钙、和含锂矿物粉末制成。

本发明的导电膜制备方法的步骤如下：

1)将锂盐、氟化钙和PEO加入乙腈中，搅拌均匀成粘稠溶液；

2)将含锂矿物放入QM行星式球磨机中研磨1h，研磨结束后，测量其平均粒径；

3)称一定量研磨过的含锂矿物粉末加入乙腈中，超声振荡15min后，搅拌至均匀；

4)将步骤1)和步骤3)得到混合物按比例混合，搅拌至均匀，倒入聚四氟乙烯制成的模具中，室温下放置，自然成膜，60℃下真空干燥24h，形成全固态复合聚合物电解质膜。

具体地，所述氟化钙、锂盐和PEO质量比为2∶1∶2～5。

优选地，所述氟化钙、锂盐和PEO质量比为2∶1∶3。

具体地，所述锂盐为LiClO₄。

具体地，所述的PEO与研磨后的含锂矿物的质量比为5～15∶1

优选地，所述的PEO与研磨后的含锂矿物的质量比为10∶1。

具体地，所述含锂矿物为锂辉石、透锂长石、锂云母、锂磷铝石、锂霞石、锂冰晶石。

优选地，所述含锂矿物为锂辉石。

本发明采用含锂矿物粉末，代替SiO₂、Al₂O₃等无机粉末，不仅增加了电解质膜的机械强度，而且大大提高了其电导率，电导率最高可以达到7.1*10^-4S/cm。与加入皂石等矿物相比，加入含锂矿物免除了锂交换的步骤，使制备工艺简化，降低了生产成本。

具体实施方式

实施例1：测定不同含锂矿物制成的电解质膜室温条件下的电导率

实验组1：步骤1)：称取0.5g的LiClO₄、1.0g的氟化钙和1.5g的PEO粉末，混合加入50ml乙腈中，搅拌得到均匀粘稠溶液。

步骤2)：将1.0g锂辉石放入QM行星式球磨机(上海楚柏实验室设备有限公司生产)中研磨1h，转头的转速为600r/min。研磨结束后，称取少量在粒度测定仪测量其平均粒径，锂辉石平均粒径小于20μm。

步骤3)：称取0.15g研磨后的锂辉石，加入50ml乙腈，20-40kHz超声振荡15min，搅拌均匀。

步骤4)：将步骤1)和步骤3)得到的混合物混合，搅拌至均匀，倒入聚四氟乙烯模具，室温下放置，自然成膜。之后60℃真空干燥24h，得到聚合物电解质膜。