[发明专利]一种固体多孔聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电解质领域，更具体地，涉及一种固体多孔聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

多孔聚合物电解质是凝胶聚合物电解质的一个特例，它以聚合物的多孔结构使增塑剂与盐类等保存在结构中，达到离子传输的作用。相比其凝胶聚合物电解质，它解决了机械性能差的缺点，同时也具有良好的离子导电率，因此它是具有作为锂离子电池电解质最有希望的一类聚合物电解质。一般在多孔聚合物电解质结构中包含三相，一是保存在多孔结构中的电解液，二是聚合物基体，三是被电解液溶胀后的聚合物形成的凝胶。因此它拥有在室温下离子电导率接近液体电解质电导率的能力，而在安全性方面远远优于液态电解质，另外，由于聚合物基体的存在，它的加工性能好，可以满足不同形状的器件。在多孔聚合物电解质的相关基体材料研究当中，聚偏氟乙烯由于其具有强的吸电子基团和高介电常数成为了科研工作者的广泛关注的热点。

    聚偏氟乙烯是一种具有良好加工性能、优秀的机械性的塑料, 含有强吸电子基团(C-F),并且它具有聚合物中较高的介电常数(约为10)，其具有特殊的化学结构有助于锂盐的离解，使得电解质中的电荷载子的浓度得以提高，另外，PVDF具有良好的化学稳定性，耐酸耐碱，它不溶解于碳酸脂类有机溶剂，能保持聚合物多孔材料的骨架，形成的多孔聚合物的网络稳定，因此以PVDF为基体的聚合物电解质具有较广阔的应用前景。但是由于PVDF的半结晶性，它的结晶度较高，会影响离子的迁移,因此要考虑利用其骨架的能力,加入另外一个基体,形成多孔聚合物电解质。聚酯类的聚合物与超临界二氧化碳中具有较好的相溶性,能在超临界二氧化碳流体中发泡形成多孔材料,而且许多聚酯类聚合物与聚偏氟乙烯也具有一定的相容性,因此所选择的第二基体为聚酯类的聚合物。

发明内容

本发明的目的之一是获得一种性能好的固体电解质。

  首先提供一种固体多孔聚合物电解质，通过聚偏氟乙烯和聚己内酯混合，再采用超临界二氧化碳发泡技术制备而得。

  所述的固体多孔聚合物电解质的泡孔密度为5.65×10¹⁰~1.62×10¹¹/cm³，所述的孔的孔径为500nm~10μm。

    更进一步提供一种固体多孔聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤，

S1. 将聚偏氟乙烯与聚己内酯在200 ℃~220℃温度下熔融共混10~15min，得到这种以聚偏氟乙烯为主要基体的二元复合材料，材料中的聚偏氟乙烯与聚己内酯的质量比范围为1：1～9：1，得到的二元材料在模具中以200℃~220℃温度制备一定厚度的薄膜，薄膜厚度范围为0.05mm～0.5mm，

S2. 将密封的容器中的温度预热至90℃，并将薄膜放置到容器中并注入超临界状态的二氧化碳流体，溶胀3h以上，容器内压强控制为18MPa～25MPa。对容器约10MPa/s的速率卸压至常压，在5min内将容器打开并将薄膜拿出,即可得到二元发泡多孔材料，

S3. 利用电解液对多孔材料进行浸泡活化12h~36h,后便可得到多孔聚合物电解质。

    S3所述的电解液为高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、锂盐的二甲基乙酰胺的有机溶液、锂盐的二甲基甲酰胺的有机溶液或锂盐的二甲基亚砜的有机溶液。

    另外提供一种上述的固体多孔聚合物电解质在替代传统的纯液体电解质系统中的应用。

本发明的优点在于：

1. 本发明利用聚偏氟乙烯为主要基体,聚酯作为第二基体,利用超临界二氧化碳发泡方法制备一种多孔聚合物材料,经过电解液浸泡活化后得到一种多孔的聚合物电解质。

2. 本发明一方面利用了聚偏氟乙烯的特殊结构与其本身的高介电常数,发挥了其对锂盐的离解能力,另一方面加入第二个基体,大大降低了聚偏氟乙烯的结晶度,减少因为它的结晶度对于离子迁移的影响,最后利用了第二基体能在超临界二氧化碳中发泡形成多孔结构的特性,制备了多孔结构并吸收电解液,增加了锂离子传输的通道。

3. 本发明制备的聚偏氟乙烯/聚酯类多孔聚合物电解质具有高离子电导率，良好的力学性能，并且组装成电化学器件测得的比电容与能量密度较高, 生产过程简单环保,材料作为电解质具有安全,不会产生漏液事故等特性，可用于替代传统的纯液体电解质系统。

附图说明

图1为此体系复合材料(PVDF/PCL=83:17)在进行发泡后在SEM下的形貌图。