[发明专利]一种聚合物复合电解质膜的制备方法

说明书

本发明提出了一种聚合物复合电解质膜的制备方法,将含有低粘度的聚合物电解质A溶液的多孔膜与高粘度的聚合物电解质B溶液进行复合。由于对溶液粘度进行了控制，由该制备方法制得的聚合物复合电解质膜具有高充填率和低表面粗糙度，使得聚合物电解质的综合性能得到大幅改善，应用前景更为明确。

技术领域

本发明属于聚合物材料领域，具体涉及一种聚合物复合电解质膜的制备方法。

背景技术

聚合物电解质是一种含有可解离性离子基团的聚合物离子导体。因其良好的传导性和聚合物特有的质量轻、弹性好、易成膜等特点，成为近些年化学电源研究和开发的热点。目前，聚合物电解质主要用在锂离子电池或燃料电池等领域。为了提高电池的效率和输出功率密度等性能，迫切需要降低聚合物电解质膜的电阻、提高传导率，研究人员为此进行了各种各样的探讨，通常有下述两种途径：(1)用减少膜厚的方法来降低聚合物电解质膜的电阻、增加电池的功率密度。但降低膜厚会导致膜的机械强度下降，提高了使用过程中被其他部件损坏的可能性、缩短使用寿命。(2)增加聚合物电解质链段中的传导基团以提高传导率。对于燃料电池所用聚合物电解质膜，传导基团的增加会增大由于气氛湿度变化而造成的尺寸变化，降低膜的耐久性、导致电池使用寿命缩短。

为了解决上述问题，人们进行了将多孔膜与聚合物电解质复合以提高聚合物电解质膜的强度、降低尺寸变化、提高耐久性的研究，提出了多种技术方案。

专利文献1中，提出了一种将离子交换材料充分浸渍于膨胀聚四氟乙烯膜(ePTFE)中的复合膜的方案，其强度和尺寸稳定性都明显提高。但制备过程复杂，需经过多次浸泡才能充分填充ePTFE中的孔道，且由于溶液粘度过低，复合膜表面平整性不理想。

专利文献2中，深入研究了多孔膜的孔径对复合膜性能的影响，提出了使用具有特定范围(0.3～5.0μm)孔径的多孔膜制备的复合膜，不仅可以具备优异的初期发电特性，而且能够减小尺寸变化并抑制过氧化氢等的产生。本专利虽然提出了适当的孔径对于复合膜性能的有利影响，但没有提出有新的复合方法。

专利文献3中，提出了一种具有用纳米纤维垫强化的第一质子导电聚合物的电解质膜，该种复合电解质膜在较高温度下运行时具有好的热和化学稳定性，并表现出优异的尺寸稳定性。

专利文献4中，为改善在使用喷涂或浸渍的方法进行ePTFE与聚合物复合时容易发生酸化且所得复合膜的浸渍充分性和均一性很难实现的情况，提出了一种改进的制备复合膜的连续涂敷方法，可以提高复合膜的生产效率。

但上述专利文献1～4所提出的将聚合物电解质与多孔膜复合以制备复合膜的方法中，都没有明确提出聚合物溶液粘度对于浸渍情况的影响。但在实际中常常遇到的情况是：当采用高粘度溶液时，溶液表面张力很大，在浸渍多孔膜时，由于孔道的毛细管现象，被溶液本身过大的表面张力阻碍，溶液很难进入孔道的内部，由此导致浸渍情况不理想，充填率较低；当采用低粘度溶液时，虽然此时溶液的表面张力减小，孔道的毛细管现象不易受阻，溶液容易浸渍入孔道的内部，但由于溶液粘度过低使得溶液不易覆盖住多孔膜的表面，而导致复合膜表面粗糙度增大、与电极接触时表面电阻增大；虽然可以利用反复浸泡或刮涂改善上述现象，但制备工艺变得更加复杂且复合膜表面均一性由于多次处理而变差，同时复合膜的整体厚度也难以均匀的控制在25微米以下。

参考文献

专利文献1：WO2003/022912

专利文献2：WO2012/046777

专利文献3：WO2011/149732

专利文献4：WO2006/1-2490。

发明内容