[发明专利]PVDF凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及凝胶电解质技术领域，尤其涉及一种PVDF凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，电子仪器、设备迅速向便携式、微型化发展，这就要求电池、电容器等化学电源不仅要具有高能量密度、较长的循环寿命、安全无泄漏和低污染等优点，还需要具有超薄的特性，甚至还需要具有良好的机械加工性能，可制成卷曲的电池。凝胶聚合物电解质由于质量较轻，具有良好的弹性和机械加工性能，可制成很薄的膜，为电池、电容器向超薄型发展提供了有利条件。

凝胶聚合物电解质由聚合物和液体电解质组成，其不仅保留了聚合物良好的机械加工性能，还具有液体电解质的高离子电导率，既能充当电解质，又能起到隔膜的作用，具有良好的应用前景。

现有技术中，用于制备凝胶聚合物电解质的聚合物一般有聚醚类、聚丙烯腈类、聚甲基丙烯酸酯类和聚偏氟乙烯类化合物，其中，应用最为广泛的是聚偏氟乙烯类（聚PVDF）材料，其具有良好的机械加工性能，但是由于结构规整，易于结晶，影响了其导电性，为了提高聚PVDF的导电性能，现有技术一般在聚PVDF材料中添加增塑剂，通过将聚合物溶解在溶剂中，然后加入增塑剂和锂盐形成混合物，再通过浇注或延流等方法涂膜，最后使溶剂挥发制备得到凝胶聚合物电解质。但是，增塑剂的加入，虽然使聚PVDF材料的导电性能得以提高，却降低了其机械加工性能，并且此类方法制备的凝胶聚合物电解质，容易使电解质中含有大量不利于导电的溶剂，影响了电解质的导电率，而且溶剂挥发过程复杂易产生有害气体；还有将聚PVDF材料与碱金属盐反应形成络合物以提高其导电率的方法，但是这种方法并不能较大程度的提高其电导率，反而制备的络合物由于热稳定性不足，经过长时间的存放，会出现液相的偏析，在电解质膜的表层形成富液相，导致电解质的电导率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种PVDF凝胶聚合物电解质及其制备方法，制备的PVDF凝胶聚合物电解质具有较高的导电性能。

本发明提供了一种PVDF凝胶聚合物电解质的制备方法，包括：

将PVDF膜浸泡于咪唑类离子液体和含锂化合物组成的电解液中，得到PVDF凝胶聚合物电解质；所述PVDF膜的孔径为200nm～600nm。

优选的，所述PVDF膜按照以下方法制备：

将聚偏氟乙烯、氯化锂和丙酮混合于有机溶剂中配制成铸膜液，然后将所述铸膜液涂覆于支撑材料表面，再将涂覆了铸膜液的支撑材料浸渍于凝固浴中，得到PVDF膜。

优选的，所述铸膜液中，氯化锂的浓度为0.01g/mL～0.08g/mL。

优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚飒和N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种。

优选的，所述咪唑类离子液体按照以下方法制备：

A）将阴离子为卤素离子的咪唑类季铵盐与六氟磷酸混合，反应，得到阴离子为六氟磷酸根的咪唑类季铵盐与氢卤酸的混合物；

B）将步骤A）制备的阴离子为六氟磷酸根的咪唑类季铵盐与氢卤酸的混合物与氧化银混合，反应，除去沉淀，得到阴离子为六氟磷酸根的咪唑类离子液体。

优选的，所述咪唑类离子液体具有式（Ⅰ）所示的结构：

其中，R为C1～C10的烷基或-(CH₂-CH₂-O)_n-CH₃，n为1～5的整数。

优选的，所述咪唑类离子液体和含锂化合物组成的电解液中，含Li⁺的浓度为0.3mol/L～2mol/L。

优选的，所述浸泡的温度为20℃～25℃，所述浸泡的时间为2h～4h。

优选的，所述含锂化合物选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、硫氰酸锂中的任意一种或几种。

本发明还提供了一种按照本发明所提供的方法制备的PVDF凝胶聚合物电解质。

本发明将PVDF膜浸泡于咪唑类离子液体和含锂化合物组成的电解液中，制备得到了PVDF凝胶聚合物电解质；所述PVDF膜的孔径为200nm～600nm。本发明采用的PVDF膜具有较大的孔径，其吸收率较大，有利于电导率的提高；同时离子液体的加入，由于其不易挥发，使得制备的PVDF凝胶聚合物电解质具有良好的热稳定性，完全能够满足锂离子电池对隔膜热稳定性的要求。本发明采用的浸泡的方法过程简单，隔膜吸收离子液体速率较快，制备过程方便快速，得到的PVDF凝胶聚合物电解质具有较宽的电化学窗口。