[发明专利]一种高锂离子迁移数的固态电解质膜的制备方法

说明书

一种高锂离子迁移数的固态电解质膜的制备方法，它涉及制备一种锂离子电池固态电解质的方法。本发明要解决现有方法制备锂离子电池安全性低、锂离子迁移数低的问题。本发明的方法如下：一、原料的前处理；二、原料浆液的制备；三、混合浆料去除气泡；四、固态电解质膜的制备。本发明制备的固态电解质膜的锂离子迁移数达到了0.77，电化学稳定窗口达到了4.04V，循环伏安测试表现出较好的可逆性和与电极良好的相容性，具有良好的安全性和锂离子迁移性能，还具有制备简单，成本低等特征。本发明应用于锂离子电池领域。

技术领域

本发明涉及一种制备高锂离子迁移数的固态电解质膜的方法。

背景技术

目前，市场上大多使用的锂电池为液态电解质，液态电解质电导率高，组装的电池内阻低，锂离子传输阻力小，利于锂离子在正负极之间穿梭。然而，液态电解质的安全问题也频繁出现，爆炸、漏液等限制了液态电解质的使用。固态电解质是由基体、添加剂和导电盐组成，溶剂在制备过程中全部被除去，成型的固态电解质膜中无任何液态物质，从根本上解决液态电解质的漏液的问题，并且固态电解质的电化学稳定窗口远高于液态电解质的电化学稳定窗口，提高了电池的安全性能。最常用的基体材料有聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈和聚氯乙烯等，其中聚偏氟乙烯以其优异的成膜性与机械性能被广泛关注。但聚偏氟乙烯电解质的电导率过低，锂离子在其中的迁移性能差，从而导致电池性能差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备的聚偏氟乙烯基电解质锂离子迁移数差，电池性能差的问题，而提出一种高锂离子迁移数的固态电解质膜的制备方法。

本发明一种高锂离子迁移数的固态电解质膜的制备方法是按照以下步骤进行的：

一、原料的前处理

对聚偏氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、硬脂酸和双三氟甲磺酰亚胺基锂进行前处理，待用；

二、原料浆液的制备

a.将步骤一前处理后的聚偏氟乙烯和羟丙基甲基纤维素加入到称量瓶中，加入3ml溶剂，水浴加热搅拌3h使二者充分溶解；

b.将步骤一前处理后的硬脂酸加入到称量瓶中，加入1ml溶剂，超声15min，继续搅拌3h；三、混合浆料去除气泡

将步骤二中的两种浆液混合到一个称量瓶中，搅拌均匀后加入双三氟甲磺酰亚胺基锂，继续搅拌6h，超声10min除去气泡；

四、电解质膜的制备

将步骤三中除去气泡的混合浆料浇铸在干净的玻璃板上，在真空的条件下以120℃的温度加热50min除去溶剂成膜，即得到固态电解质膜。

其中，步骤一中所述的前处理方式为在真空条件下以80℃的温度加热10h。

步骤二中所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种。

步骤二中所述的聚偏氟乙烯和羟丙基甲基纤维素的质量比为25:1～3:1。

步骤二中所述的聚偏氟乙烯与硬脂酸的质量比为10:1～100:1。

步骤三中所述的聚偏氟乙烯与双三氟甲磺酰亚胺基锂的质量比为5:2～5:5。

本发明包含以下有益效果：

本发明所制备的固态电解质膜采用的基体为聚偏氟乙烯，其具有良好的机械性能，可以有效地防止锂枝晶扎破电解质膜造成短路引起的安全问题；同时使用纤维素这种可再生材料，降低了电解质膜的制备成本，提高电解质膜的锂离子电导率；硬脂酸作为一种热稳定剂，它的加入提高电解质膜的热稳定性，进一步提高电池的安全性能。