[发明专利]一种多孔聚合物电解质支撑膜材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔聚合物电解质支撑膜材料及其制备方法和应用，属于化学电源技术领域。

背景技术

环境污染和能源危机已引起世界各国的广泛关注。随着对绿色能源需求的增加，锂离子电池越来越受到人们的关注，尤其是电动汽车用锂离子电池的开发成为近年来化学电源领域的研究热点。单质硫的理论比容量为1672mAh/g，与锂组装成电池，理论比能量可达2600Wh/kg，并且硫具有来源广泛和无毒等特点。因此，锂硫电池以其高容量、低成本，低毒性等优点，成为目前最有开发价值和应用前景的二次动力锂电池之一。

由于目前锂离子动力电池所使用的有机液态电解质中溶剂(主要含碳酸酯)的低沸点、易燃、易泄漏特点导致电池的安全性低，溶剂与电极作用和电化学反应(如电解液分解、锂枝晶的形成、电极结构的破坏)导致电池比能小、寿命短，因此存在着严重的安全隐患。并且锂硫电池由于正极活性物质的放电产物小分子锂硫化合物易溶于传统有机液态电解质中，造成正极活性物质的利用率低和循环性能差等严重问题，因此制约了锂硫电池的商品化进程。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多孔聚合物电解质支撑膜材料的制备方法及得到的多孔聚合物电解质支撑膜材料。

第二个目的在于提供一种由上述多孔聚合物电解质支撑膜材料制备而成的具有较好的循环稳定性的锂硫电池凝胶聚合物电解质及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种多孔聚合物电解质支撑膜材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将聚合物共混物溶于溶剂中，形成均匀的聚合物溶液；

(2)将聚合物溶液注入注射器中，在高压直流电源的作用下，聚合物溶液在注射器毛细管末端以射流的形式喷射而出，随着溶剂不断挥发，最终在收集器上得到网状纤维；

(3)将步骤(2)得到的网状纤维在60～80℃下真空烘干，得到多孔聚合物电解质支撑膜材料。

为了更好的实现本发明：

步骤(1)中所述的聚合物共混物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、左旋聚乳酸(PLLA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯啉酮(PVP)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种，与聚丙烯腈(PAN)的混合物，两者的质量比为1∶9～1∶1。

步骤(1)中所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)和二甲基亚砜(DMSO)中的一种；所述的聚合物溶液的质量分数为6～12％。

步骤(2)中所述的高压直流电源的电压为10～20kV，毛细管末端与收集器之间的距离为10～20cm。

一种由上述方法制备得到的多孔聚合物电解质支撑膜材料。

一种由上述多孔聚合物电解质支撑膜材料制备得到的锂硫电池凝胶聚合物电解质。其制备方法包括以下步骤：将上述制备得到的多孔聚合物电解质支撑膜材料浸入到离子液体型电解液中即得到凝胶聚合物电解质。

为了更好的实现本发明：

所述的多孔聚合物电解质支撑膜材料浸入到离子液体型电解液中是在充满高纯氩气的手套箱中进行。

所述的手套箱中水分和氧气含量均小于10ppm。

所述的浸入时间为1～3小时。

所述的离子液体型电解液由锂盐、离子液体和有机溶剂组成，

所述的锂盐是指六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(SO₂CF₃)₂)和双-草酸硼酸酯锂(LiBOB)中的一种；

所述的离子液体是指N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺(PP₁₃TFSI)、N-甲基-N-丁基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺(PP₁₄TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺(PY₁₃TFSI)、N-甲基-N-丁基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺(PY₁₄TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺(EMITFSI)和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIBF₄)中的一种；

所述的有机溶剂是指聚乙二醇二甲醚(PEGDME)、四甘醇二甲醚(TEGDME)、二氧戊环(DOL)和二甲醚(DME)中的一种；