[发明专利]一种凝胶电解质的制备方法

说明书

本申请涉及化学储能电池领域中的一种凝胶电解质的制备方法，将凝胶聚合物与溶剂混合搅拌呈透明凝胶状，再与增塑剂搅拌得到适合3D打印的凝胶电解质浆料，之后通过将浆料进行3D打印得到特定形状的基膜，将基膜烘干后浸泡于手套箱中内的电解液中得到凝胶电解质。本发明所制凝胶电解质可形成特定形状的电池隔膜，可以用于异型电池研制。

技术领域

本发明涉及化学储能电池技术领域，具体涉及一种凝胶电解质的制备方法。

背景技术

近些年来，随着科学技术的不断发展和进步，伴随着各种便携式电子设备、电动汽车及军事武器装备等的迅速发展，对化学电源的要求也越来越高，要求化学电源具有较高的能量密度。在武器装备中，电源预留空间一般是不规则的，若使用当前电子领域常用的锂离子电池(通常为长方形和圆柱形)，则空间利用率不高，造成电池系统的比能量低。而提高空间利用率，是提高电池系统比能量的重要手段，因此异型电池设备技术也开始迅速发展。但是受限于材料以及生产工艺等技术发展的限制，异型电源的研究也较为滞后。

传统异型电池均使用模具切割法，需对应设计满足空间形状的切割模具，因此研究周期长，开模成本高，并不利于新产品的研发。因此将可定制化制作的3D打印引入到异型锂电池的制作是大势所趋，因为3D打印可以根据电池舱结构随形打印出最适的电极形状，大大缩短新产品的研发周期，可节省大量人力、财力成本。

目前，电极片3D打印难点之一在于打印浆料的制备，电极浆料需满足分散均匀、具有剪切变稀的流变学性能等重要参数。目前较为广泛研究的是正、负极直写成型浆料，针对于凝胶电解质的直写成型浆料研究甚少。因此，现有技术亟待提供一种较为实用的凝胶电解质直写成型浆料，旨在探索3D打印的凝胶电解质隔膜替代传统电池隔膜，以期应用于工业生产。

发明内容

本发明针对现有技术缺乏对异型电池隔膜尤其是凝胶电解质隔膜的研究的不足，提出了一种应用于直写成型3D打印的凝胶电解质的制备方法。

本发明的目的之一是提供一种凝胶电解质的制备方法；包括以下步骤：

S1、制备浆料：

1)将凝胶聚合物与溶剂混合，搅拌至完全溶化，呈透明凝胶状；

2)再将增塑剂加入溶液，持续搅拌，使之分散均匀，得到适合3D打印的凝胶电解质浆料；

S2、3D打印基膜：

1)在计算机上设计基膜的3D模型，并将其导出为.stl格式文件，再将其导入切片分层软件进行路径规划，得到gcode文件，即可导入直写成型3D打印机进行挤出控制；

2)将制备好的凝胶电解质浆料填充进柱塞筒，并将柱塞筒放入3D打印机相应位置；

3)先调节3D打印机初始位置，再运行gcode程序，螺杆转动，带动法兰向下运动，在柱塞筒内提供一个均匀压强，使凝胶电解质浆料从喷嘴挤出，并随着打印机X、Y轴的移动，将挤出浆料按设计形状沉积在基板上，即可得到基膜素坯；

4)将打印得到的基膜在干燥箱内烘干，将烘干后的基膜从基板上取下，即可得到3D打印基膜；

S3、基膜活化：将制备的3D打印基膜放入手套箱内，并在手套箱内将配制好的电解液倒入开口容器中，再将基膜浸泡在电解液当中得到凝胶电解质。

本发明的有益效果：本发明用3D打印的方法制备凝胶电解质，所制备的电解质膜可以为任意形状，厚度可控，可用于异型电池，且生产过程无污染，电性能优异。

进一步，所述凝胶聚合物为偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)或者聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或多种，所述凝胶聚合物的添加量为溶剂质量的5％～20％。