[发明专利]一种聚合物电解质的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种聚合物电解质的制备方法。

【背景技术】

目前，传统的电解液锂离子电池中含有大量的有机电解液，有机电解液具有易挥发、易燃、易爆等缺点，会造成重大安全隐患。相比于电解液锂离子电池，全固态锂电池具有以下优势：完全消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患，具有更高的热稳定性；固体电解质具有较高的电化学窗口，适用于高电压型电极材料；全固态锂电池全部使用固体材料，具有更高的封装效率；能够制备薄膜电池和柔性电池，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等领域；全固态锂电池可通过多层堆垛技术实现内部串联，获得更高的输出电压。

全固态电解质可以分为两大类，无机固态电解质和聚合物固态电解质。无机固态电解质主要包括硫化物和氧化物两大类，其中硫化物固态电解质在空气不能稳定存在，是产业化一大障碍，而氧化物固态电解质大多只能做微型薄膜电池。

PEO(聚氧化乙烯)基固态聚合物电解质是研究最早且研究最多的全固态聚合物电解质体系，PEO基固态聚合物电解质能够和锂盐形成稳定的络合物，易于实现离子的传导，另外由于聚合物材料本身具有较高的塑性和易于成膜的优点，可以应用于各种形状的锂离子电池，然而，由于PEO与锂盐形成的固态聚合物电解质在室温时具有较高的结晶相，只能在高温下使用，实际应用受到限制。常用来降低PEO基固态聚合物电解质结晶度的方法是向固态聚合物基质中加入有机碳酸酯等低分子量增塑剂形成凝胶型聚合物电解质，虽然添加增塑剂或室温离子液体能够提高电导率，但是机械强度大幅降低，锂离子迁移数也有所下降，常规的增强机械强度的方法如增加PEO摩尔分数或使PEO聚合物发生交联又会导致电导率下降，降低了电池的寿命。

鉴于此，实有必要提供一种新型的聚合物电解质的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种能够降低聚合物链的结晶度、促进锂离子运动、提高电解质盐的离解度及运动能力、提高离子电导率的聚合物电解质的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：取纳米无机微粒浸泡在一定浓度的硫酸溶液中，将浸泡后的纳米无机微粒在60℃的温度下烘烤后碾碎，将碾碎后的产物先在室温下进行第一次干燥，然后在150℃的温度下进行第二次干燥，得到处理后的纳米无机微粒；

步骤二：取一定摩尔比的聚氧化乙烯和锂盐入到无水乙腈溶液中搅拌，随后加入一定质量分数的步骤一所得到的处理后的纳米无机微粒，超声波搅拌混合均匀后浇铸在聚四氟乙烯模具中，在干燥的空气条件下挥发一定时间并成膜，然后在60℃条件下真空干燥，得到聚合物电解质。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的纳米无机微粒为纳米TiO₂、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种；所述步骤一中的纳米无机微粒的尺寸在10～60nm之间。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的第一次干燥时间为12h～24h，所述步骤一中的第二次干燥时间为72h。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的硫酸溶液的浓度为1％～10％。

在一个优选实施方式中，所述步骤一得到的处理后的纳米无机微粒保存在真空干燥器中。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的聚氧化乙烯中的氧化乙烯单元与锂盐中的锂元素的摩尔比为8：1～10：1。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的锂盐为高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷黄酰亚胺锂中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中加入的步骤一所得到的处理后的纳米无机微粒的质量分数为6％～10％。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的聚氧化乙烯的平均分子量为3000000。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中在干燥的空气条件下的挥发时间为12～24h。

相比于现有技术，本发明提供的聚合物电介质的制备方法，利用硫酸处理纳米无机微粒，在纳米无机微粒表面引入强酸性基团来固定碱性物质PEO链和阴离子，促进了锂离子在酸性部分的运动，使电解质盐具有高的离解度和快速运动能力，提高了聚合物电解质的离子电导率，保证了聚合物电介质材料的机械力学性能及化学稳定性。

【附图说明】

图1为常温下本发明提供的实施例1及对比例制备的聚合物电解质组成的锂电池的阻抗随存储时间的变化曲线。

【具体实施方式】