[发明专利]一种聚合物电解质膜的制备方法

说明书

为克服现有聚合物电解质薄膜的制备方法存在小分子添加剂添加可控性差的问题，本发明提供了一种聚合物电解质膜的制备方法，包括以下操作步骤：获取聚合物电解质基膜，所述聚合物电解质基膜包括聚合物和分散于所述聚合物中的锂盐；小分子添加剂以气态形式形成小分子蒸汽，将所述聚合物电解质基膜置于小分子蒸汽中，使小分子添加剂扩散至所述聚合物电解质基膜中，得到聚合物电解质膜；所述小分子添加剂选自碳原子数低于10的非质子有机溶剂。本发明提供的聚合物电解质膜的制备方法能够对聚合物电解质膜中的小分子添加剂含量进行精确的调控，产品性能的一致性高。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种聚合物电解质膜的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池一般采用液态电解液作为锂离子传导介质，液态电解液由低闪点的碳酸酯类溶剂和锂盐、添加剂组成，极易燃烧，当由于电池滥用等问题造成保护失效时，在温度升高情况下存在极大的安全隐患。同时，随着电子数码产品、电动车、大型储能装置等对能量密度要求的提升，锂离子电池逐渐采用高镍、高电压三元正极材料及硅、硅碳、金属锂等负极材料，这些材料在应用中存在体积膨胀大、易分解电解液等一系列难题，对电池的安全设计是更大的挑战。

采用固态电解质替代低闪点电解液，可以从根本上提高电池的安全性能。相较于无机氧化物固态电解质、硫化物固态电解质，聚合物固态电解质具有原料成本低、加工工艺简单、电极电解质界面接触良好等优点。但聚合物电解质中锂离子传输是通过链段摆动实现位置迁移的，其迁移速率受限于聚合物链段的摆动速度，通常聚合物电解质室温离子电导率仅能达到1*10^-6Scm^-2左右，不能满足要求。发明人发现，在聚合物电解质中添加小分子添加剂化合物(例如碳酸丙烯酯)是提高聚合物电解质离子电导率的有效方法，小分子添加剂的加入，一方面可以提高聚合物基体的震动频率，加速锂离子络合-解络合过程的进行，提高离子迁移速度，另一方面小分子添加剂本身也可以充当导电介质，提高电解质的电导率。但聚合物中容纳小分子添加剂能力是有限的，当小分子添加剂含量进一步升高时，小分子添加剂会从聚合物基体的链段中脱出，体系的机械强度和相容性发生变化。以PEO-LiTFSI为例，当EO/Li+的摩尔比为16/1时，室温(25℃)离子电导率为6.5*10^-6Scm^-2，加入PC作为小分子添加剂后，室温离子电导率可以提高到3*10^-6Scm^-2。但是，小分子添加剂的加入量需要精确控制，小分子添加剂含量加入不够时，其对电导率的提升效果不明显；当小分子添加剂含量过高时，一方面会降低电解质本身的机械强度，另一方面过量的小分子添加剂对电池性能不利。

通常，聚合物中添加其他有机物可以通过制成溶液混合后再干燥溶剂的方法实现。而对聚合物电解质而言，聚合物电解质薄膜是通过溶液法制备，如在溶液中添加小分子添加剂，真空干燥过程中小分子添加剂会与溶剂同时挥发，剩余小分子添加剂的含量无法精确控制，从而出现小分子添加剂含量偏高、偏低以及产品一致性差的问题。

发明内容

针对现有聚合物电解质薄膜的制备方法存在小分子添加剂添加可控性差的问题，本发明提供了一种聚合物电解质膜的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种聚合物电解质膜的制备方法，包括以下操作步骤：

获取聚合物电解质基膜，所述聚合物电解质基膜包括聚合物和分散于所述聚合物中的锂盐；

小分子添加剂以气态形式形成小分子蒸汽，将所述聚合物电解质基膜置于小分子蒸汽中，使小分子添加剂扩散至所述聚合物电解质基膜中，得到聚合物电解质膜；

所述小分子添加剂选自碳原子数低于10的非质子有机溶剂。

可选的，将小分子蒸汽通入蒸汽室中，所述聚合物电解质基膜通过并暴露于所述蒸汽室中，且所述聚合物电解质膜暴露于蒸汽室中的时间为1分钟～120分钟。