[发明专利]用于锂硫电池的双功能复合凝胶聚合物电解质膜的制备方法

说明书

本发明涉及锂硫电池技术，旨在提供一种用于锂硫电池的双功能复合凝胶聚合物电解质膜的制备方法。包括：将改性聚乙烯醇聚合物PIN和SiO₂‑PYM改性纳米粒子加入分散剂中，超声分散得到纺丝液；以纺丝液进行静电纺丝，得到复合纳米纤维膜；裁切后浸泡在电解液中，得到双功能复合凝胶聚合物电解质膜。本发明提出将改性聚乙烯醇聚合物和吡咯烷类离子液体键合二氧化硅纳米颗粒凝胶复合物用作锂硫电池电解质，能够解决目前的锂硫电池存在的循环寿命短、离子电导率低等问题。PIN改性聚合物质具有交联网络结构，配合侧链的强溶剂亲和性分子及静电纺丝纳米纤维膜网络，能够进一步提高电解质的吸液率，加强锂离子传导，起到提高离子电导率的功能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，特别涉及一种能提升锂硫电池离子传导性能和具有多硫化物吸附性能的双重功能复合凝胶聚合物电解质膜的制备方法。

背景技术

锂硫电池由于理论能量密度高(2600Wh kg^-1)、正极材料价格成本低、绿色环境友好而成为了锂离子电池的理想替代品。但是，目前大多数锂硫电池仍存在以下缺点：1、在充放电过程中，正极材料的中间产物多硫化锂会产生“穿梭”效应，造成活性物质损失和电池容量衰减；2、传统锂硫电池的电解质通常为有机电解液，液态电解液存在燃烧、泄漏等隐患，安全性能差；3、负极表面锂发生不均匀沉积，易形成锂枝晶，刺穿隔膜，引发电池短路等安全问题。

为了改进这些缺点，可以通过设计电解质结构、添加功能层和掺杂填料等方式提升锂硫电池性能。液态有机电解液界面润湿性好，离子导电性强，但是极易泄漏引发安全事故。而固态聚合物电解质由于不存在液体组分，其安全性能高，但是因其室温离子电导率低而难以满足实际应用的需求。凝胶聚合物电解质是一种介于液态有机电解液和固体聚合物电解质之间的特殊形态的电解质体系。它通常由固体聚合物基体在含锂盐的液态电解液中通过物理、化学作用溶胀活化而成。由于该类电解质安全不漏液，并且为锂离子的迁移提供了类似液态电解液的传输环境，从而大幅加强了电解质的离子传导性能。

然而，目前针对凝胶聚合物电解质的改性手段，多集中在聚合物基体的简单共混和未改性填料的机械掺杂。这些方式制备得到的凝胶聚合物电解质的离子电导率和循环寿命往往无法满足电池商业化的需求，导致组装的锂硫电池在实际运行中容易出现锂枝晶刺穿电解质以及循环寿命短等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于锂硫电池的双功能复合凝胶聚合物电解质膜的制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于制备电解质膜的改性聚乙烯醇聚合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备中间产物

将聚乙烯醇加入80℃的去离子水中，充分溶解；然后加入硝酸铈铵溶液和腈基咪唑离子液体，以HNO₃溶液调节pH值至6；在惰性气体氛围和40℃下反应4h；反应物经甲醇洗涤和减压蒸馏，获得中间产物；

(2)制备接枝聚合物

将中间产物加入90℃的去离子水中，充分溶解；然后加入足量氟硼酸，90℃恒温反应24h，经甲醇洗涤、减压蒸馏和真空干燥，获得接枝聚合物；

(3)制备交联聚合物

将接枝聚合物加入90℃的去离子水中，搅拌溶解，以HNO₃溶液调节pH值为2；加入乙二醛交联剂，室温下充分搅拌24h；减压蒸馏除去溶剂，将粘稠聚合物转移至干燥箱中，在85℃交联固化3h后，得到用于制备电解质膜的改性聚乙烯醇聚合物PIN。