[发明专利]含锂硅溶胶掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质，更具体是涉及一种应用于聚合物锂离子电池的含锂硅溶胶掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质薄膜及制备方法。

背景技术

聚合物电解质作为聚合物锂离子电池重要的组成部分，其在电池中的重要性毋庸置疑。其不仅起离子导电的作用，而且充当电池的隔膜，将电池正负极分隔开来。将无机纳米粒子掺杂聚合物电解质中，制备有机-无机复合聚合物电解质是产品发展的新趋势，纳米粒子的掺混能够有效提高电解质材料的力学性能、耐热性能、电化学稳定等性能。以往研究，集中重点是将无机相直接掺杂混入有机相制备复合聚合物电解质，所采用的无机填料包括Al₂O₃,TiO₂,SiO₂以及Sm₂O₃等，但所有这些填料，均非离子导体，其掺杂进体系中，未能直接提高锂离子在体系中的传递能力。因此很有必要对掺入的无机填料进行改进，以进一步提高聚合物电解质在体系中的离子导电能力。

发明内容

本发明的目的是为了改进传统无机填料复合聚合物电解质在促进离子导电性能上的不足，提供一种含锂硅溶胶掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质薄膜及制备方法。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种含锂硅溶胶掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质薄膜，薄膜的厚度为30～50μm，按质量百分比由组分：含锂硅溶胶为1～10%，分子量为5×10⁵聚偏氟乙烯为30～48%，1M六氟合磷酸锂碳酸酯电解质为50～61%制备而成，其中，所述1M六氟合磷酸锂碳酸酯电解质为由六氟合磷酸锂掺入碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和乙烯碳酸酯所组成的混合溶液，其质量比为：碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯:乙烯碳酸酯=1:1:1。

为了达到上述目的，本发明采取的另一个技术方案是：

一种含锂硅溶胶掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质薄膜制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备含锂硅溶胶：将TEOS与KH560按照摩尔比3:1～1:2的比例混合，以盐酸为催化剂，调节PH为2～4，升温至65~75℃，反应5～8小时，形成硅溶胶；在65~75℃温度下将KH560两倍摩尔量的LiOH逐步加入到反应体系中，再反应1～2小时，得到含锂硅溶胶；

步骤2、制备含锂硅溶胶掺杂PVDF复合多孔膜：将分子量M_n=5×10⁵PVDF粉末加入到N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，室温下搅拌12～24小时后，加入步骤1得到的含锂硅溶胶再搅拌6～12小时，以至完全溶解，混合物溶液浓度为0.15g/ml，聚合物溶液静置脱气泡后，用刮刀平整涂刮于玻璃板上，其厚度控制在30～50μm，然后以甲醇为沉淀剂，采用浸没沉淀法制备得到含锂硅溶胶掺杂PVDF复合多孔膜；

步骤3、制备含锂硅溶胶掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质薄膜：将含锂硅溶胶掺杂PVDF复合多孔膜在80℃～100℃的温度下抽真空干燥8～12小时，再在手套箱中浸泡液体电解质0.5～1小时，得到膜厚度为30～50μm的含锂硅溶胶掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质薄膜。

本发明的优点和有益效果在于：

1、含锂硅溶胶中的所含有的锂阳离子与聚偏氟乙烯相互作用，促进了聚偏氟乙烯的结晶度的降低，同时聚合物链段上的大阴离子的作用促进加入的液体电解质中的锂盐的离解，提高体系中导电的锂离子的含量，并提高锂盐在体系中的运动能力，可促进聚合物电解质的电化学性能的提高；

2、含锂硅溶胶有利于减少有机/无机相间因为极性差异而导致的相界面分离等问题，使两相间达到纳米级别的复合，充分发挥复合聚合物电解质的复合两相的特点；共混的效果，有利于加入液体电解质后得到的凝胶聚合物电解质体系依然保持较好力学性能。

3、含锂硅溶胶的掺混，有利于提高聚合物电解质体系的电化学稳定窗口。

本发明的含锂硅溶胶掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质其室温离子导电率达到10^-2Scm^-1数量级，电化学稳定窗口达到5.1V。符合实际聚合物锂离子电池使用要求。

附图说明

图1是实施例1制备的含锂硅溶胶掺杂PVDF复合多孔膜的扫描显微镜图；

图2是实施例1制备的含锂硅溶胶掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质薄膜在不同温度下测试的交流阻抗谱曲线图；