[发明专利]一种聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用于锂电池的凝胶聚合物电解质技术领域，具体是涉及聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

聚合物锂离子电池诞生于1994年，用聚合物电解质代替液态电解液，解决了液体电解质易渗漏的问题，提高了使用的安全性，因而受到了广泛关注。

聚合物电解质按其形态可以分为全固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质，其中凝胶聚合物电解质形态和性能介于液体电解质和全固态聚合物电解质之间，既具有液体电解质的高离子电导率，同时又具有全固态聚合物电解质安全性好、设计灵活、易于规模化生产等特点，为大型锂离子电池在新能源汽车领域，太阳能、风能发电储能设备中的应用提供保障。

凝胶聚合物电解质是由聚合物基体、增塑剂以及锂盐形成的凝胶态体系。它具有液体电解质体系中的隔膜与离子导电载体的功能。在凝胶聚合物电解质体系中液体电解质承担离子导电功能，而聚合物在凝胶聚合物电解质中主要起骨架支撑作用使凝胶维持一定的几何形状。对用作骨架材料的聚合物的要求成膜性能好，膜强度高，电化学稳定窗口宽，在有机电解液中不分解等。至今研究的用于聚合物锂离子电池的聚合物主要有如下几种类型：聚醚系(主要为PEO)、PAN系、PMMA系、PVDF系、聚偏氯乙烯(PVC)和其他类型。但是常用的凝胶聚合物电解质普遍存在电化学稳定性差、界面相容性差及机械性能较低等缺点，使得凝胶聚合物电解质的实际应用受到了限制。

聚醚酰亚胺(PEI)具有很强的高温稳定性、优良的机械性能、良好的阻燃性、抗化学反应等优良性能。可应用于电子、电机和航空等工业部门，并用作传统产品和文化生活用品的金属代用材料。聚醚酰亚胺基凝胶聚合物电解质在锂离子电池中应用的实际效果好，具有一定程度的商业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好化学稳定性的掺有无机纳米填料的凝胶聚合物电解质的制备方法及其在锂离子电池中的应用。本发明操作简单，安全性高，适合凝胶聚合物电解质的连续规模生产。而且本发明制备的凝胶聚合物电解质具有高的离子电导率、宽的电化学稳定窗口，且与电极的相容性好，有利于提高锂离子电池的安全性能。获得的凝胶聚合物电解质膜机械强度高，化学稳定性好，可适用于锂离子电池普遍采用的组装方式，如叠膜等，因此也适用于柔性电池的设计生产。

本发明提供了一种新型的聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质，所述新型的聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质的制备原料包括聚醚酰亚胺和埃洛石纳米管。

其中，所述聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质的制备原料中还含有至少一种含酰胺基的有机溶剂，其中，所述含酰胺基的有机溶剂用于分散所述聚醚酰亚胺和埃洛石纳米管；

其中，所述聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质制备原料的配方为：埃洛石纳米管0.1-1质量份，含酰胺基的有机溶剂74-77.9质量份，聚醚酰亚胺22-25质量份。

进一步，所述含酰胺基的有机溶剂包括N-甲基-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。

同时，本发明还提供了上述聚醚酰亚胺凝胶聚合物电解质的制备方法，具体包括如下步骤：

a)将埃洛石纳米管在含酰胺基有机溶剂中超声分散3-6h，使其均匀分散在含酰胺基有机溶剂中，得到混合溶液Ⅰ；

b)向混合溶液Ⅰ中加入聚醚酰亚胺，磁力搅拌12-24h，使其完全溶于混合溶液Ⅰ中，混合溶液II；

c)将混合溶液II倒入注射器，用静电纺丝的方法在接收装置上得到一张纤维膜；

d)将获得的纤维膜移于干燥箱中，烘干；

e)将烘干后的纤维膜在手套箱中浸入到原锂离子电池液体电解质中30-60min，使烘干纤维膜吸收液体电解质达到饱和状态，从而制得所需的锂离子电池凝胶聚合物电解质。

其中，上述静电纺丝条件为：施加电压：16-22kV，流速：0.4-0.8mL/h，接收装置为滚筒或平板，接收距离：18-25cm。

进一步，所述的凝胶聚合物电解质膜厚度为100-200μm。

所述干燥箱内温度：80-120℃，烘干时间：24-48h。

所述液体电解质为LiPF₆的碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯溶液。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

其一：

(1)本发明所述的锂离子电池凝胶聚合物电解质选用聚醚酰亚胺为聚合物基质材料，由于聚醚酰亚胺的特有性质，使得以其为基质材料的凝胶聚合物电解质具有很好的热稳定性、机械强度以及电化学稳定性。