[发明专利]锂离子电池离子液体增塑型复合聚合物电解质的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池离子液体增塑型复合聚合物电解质及其制备方法，属聚合物材料制备领域。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染以及无记忆效应等显著优势，自从上个世纪90年代初问世以来就一直是化学电源研发的热点。目前为了解决传统的液态锂离子电池出现液漏而导致的爆炸危险而日趋倍受亲睐的聚合物锂离子电池因其比能量高、安全、形状灵活可变、能抑制枝晶生长、缓冲充放电过程中电极体积变化等优点，并且消除了与液态电解质有关的电池安全性问题，是目前锂离子电池的重要发展方向之一。聚合物电解质则是聚合物锂离子电池的关键组件之一，它不但要求具有良好的离子电导率、稳定的电化学性能和较宽的电化学窗口，还要求能起着分离电池正负极隔膜的作用，这就要求制备的聚合物电解质膜具有一定的机械性能。

全固态电解质能够保持很好的机械性能，但是却不能满足使用的电导率的要求。传统倒相法制备的电解质膜虽能满足电导率的要求，但却存在膜的机械性能差等明显缺点。目前应用于产业化的聚合物电解质制备的主要是Gozdz等人提出的Bellcore萃取/活化两步生产法，该法虽然能制备出满足实用电导率的电解质膜，但是整个过程涉及到大量有机溶液的适用而存在对环境的危害等问题。电纺丝法制备的电解质膜却由于其制备过程繁琐、工艺不成熟和成本高等因素限制了其使用。意大利罗马第一大学的Scrosati教授提出的利用无机微粒的添加来改善电解质膜机械性能的想法得到了一致的认可，然而由于在整个电解质膜制备过程中涉及到有机增塑剂，容易导致其在高温使用过程中发生分解而出现一系列的安全事故。新型的室温熔盐，即离子液体，由于其具有导电性好、蒸汽压低、无可燃性、热容量大、电化学温度窗口宽和自放电少等优点，作为替代可挥发性有机溶剂的新型绿色溶剂引起了人们广泛的关注，在作为锂离子电池凝胶电解质在消除电池安全隐患方面显示出良好的前景。为了满足锂离子聚合物电池的实用需要，设计发明出一种既能满足离子电导率和电化学稳定窗口需求，也能满足实用安全生产要求的聚合物电解质膜制备工艺对整个锂离子电池行业的发展有着重大的意义。

发明内容

本发明的目的是设计一种创新工艺可以快速且能满足室温电导率需求和宽的稳定电化学窗口的锂离子电池离子液体增塑型凝胶类复合聚合物电解质的制备，从而满足锂离子聚合物电池的实用需求，并且要求其制备工艺简单，易于实现产业化。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)分子筛掺杂聚合物基微孔膜的制备

将分子筛加入到有机溶剂中，超声振荡至分散均匀后，将用于锂离子电池电解质制备所需的聚合物基体和造孔剂加入到上述溶液中；强力搅拌后得到均匀透明的凝胶，静置后真空脱气，经流延成膜，待初生膜体形成后，于60-120℃水蒸气浴中将有机溶剂交换出来成膜后，所得膜体于真空干燥脱除多余有机溶剂和水分成膜，即得到分子筛掺杂聚合物基微孔膜；

(2)离子液体增塑型凝胶类复合聚合物电解质的制备。

将(1)步制备的分子筛掺杂聚合物基微孔膜浸泡于咪唑型离子液体和锂盐混合溶液中，其中聚合物基体与咪唑型离子液体的质量比为1∶1-2.5，离子液体与锂盐的质量比为0.2-4∶1，擦去膜层外多余的锂盐混合溶液，即得离子液体增塑型凝胶类复合聚合物电解质。

其中(2)步所述的离子液体包括六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑(BMIPF₆)、四氟硼酸1-乙基-3甲基咪唑(EMIBF₄)、二(三氟甲基磺酰)亚胺1-甲基-3-丁基咪唑(BMITFSI)或者二(三氟甲基磺酰)亚胺1-甲基-3-乙基咪唑(EMITFSI)。

(2)步所述的锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)或者二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)。

将制备的分子筛掺杂聚合物基微孔膜浸泡于温度为10-50℃的咪唑型离子液体和锂盐混合溶液20-90min。

所述(1)步中分子筛：聚合物基体：有机溶剂：造孔剂优选的质量比为0.2-2∶10∶20-120∶0.2-2。

分子筛中特别优选ZSM-5、SAPO-11或MCM-41等型号；

所述的聚合物优选包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)或者二者的混合物；