[发明专利]磁性纳米棒垂直膜面的凝胶聚合物电解质膜及制备方法

说明书

一种磁性纳米棒垂直膜面的凝胶聚合物电解质膜及制备方法，属于锂离子电池电解质技术领域。该凝胶聚合物电解质膜由聚偏氟乙烯‑六氟丙烯PVDF‑HFP共聚物和垂直于膜面的磁性Fe₃O₄纳米棒无机填料构成，PVDF‑HFP的质量分数为95～99％，Fe₃O₄纳米棒的质量分数为1～5％，膜厚度为70～100μm，孔径为1～5μm；其中，PVDF‑HFP共聚物的分子量为350000～450000g/mol，PVDF与HFP的质量比为88:12，Fe₃O₄纳米棒直径80～100nm，长度600～800nm。制备方法：将Fe₃O₄纳米棒均匀地混入PVDF‑HFP共聚物基体中，再通过施加垂直于膜面的磁场将其定向排列，在空气中自然干燥成膜。优点在于，有效提高了离子电导率，由其组装的凝胶聚合物锂离子电池有较高比容量和良好倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质技术领域，特别是涉及一种磁性四氧化三铁Fe₃O₄纳米棒垂直膜面的聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大及循环使用寿命长等优点，已在便携式电子产品中得到广泛应用，在电动车等领域也展现了广阔的应用前景。但传统锂离子电池使用液态电解质，在高温或长时间工作时易导致电解液泄露和爆炸等危险。采用凝胶聚合物电解质的聚合物锂离子电池能够较好地克服传统锂离子电池的上述安全性问题，并且在电池外形设计上可以更加灵活。

凝胶聚合物电解质是决定聚合物锂离子电池性能的重要组成部分，为了提高凝胶聚合物电解质的性能，可以采用添加无机纳米填料的方法。无机纳米填料对凝胶聚合物电解质的作用体现在如下方面：一是无机纳米填料与锂盐中的阴离子相互作用，降低了锂盐阴阳离子间的作用，增加了载流子的数目；二是无机纳米填料与聚合物链段中的阴离子相互作用，减轻了链段中阴离子对锂离子的束缚；三是无机纳米填料打乱了聚合物结构规整性，降低其结晶度，增强了聚合物的链段运动。如在文献(1)Journal of MembraneScience,2009,326(2):582-588中，Osinska等人研究发现，在凝胶聚合物电解质中添加纳米SiO₂可以提高凝胶聚合物电解质的吸液率和离子电导率，从而提升锂离子电池的性能。但已报道的文献中，通常是将无机纳米材料无序地添加到凝胶聚合物电解质膜中，对凝胶电解质性能的提升有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的磁性Fe₃O₄纳米棒垂直膜面的PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质膜，无机填料Fe3O4纳米棒的定向排列可以充分发挥无机填料的作用，有效提高了离子电导率，由本发明制备的凝胶聚合物电解质膜组装的凝胶聚合物锂离子电池具有较高的比容量和良好的倍率性能。

本发明的该凝胶聚合物电解质膜由PVDF-HFP共聚物和垂直于膜面的Fe₃O₄纳米棒无机填料构成，PVDF-HFP的质量分数为95～99％，Fe₃O₄纳米棒的质量分数为1～5％，膜厚度为70～100μm，孔径为1～5μm；其中，PVDF-HFP共聚物的分子量为350000～450000g/mol，PVDF与HFP的质量比为88:12，Fe₃O₄纳米棒直径80～100nm，长度600～800nm。

本发明还提供了一种制备上述Fe₃O₄纳米棒垂直膜面的PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：