[发明专利]一种高强度凝胶聚合物电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度凝胶聚合物电解质的制备方法，将聚合物溶解在溶剂中，搅拌得到均一的聚合物溶液，然后加入离子液体，搅拌得到均匀的粘稠混合溶液，采用溶液铸膜法得到聚合物电解质膜，最后将聚合物电解质膜进行热压即得。本发明通过溶液铸膜得到的聚合物电解质膜经过热压处理后，其穿刺强度及离子导电率在一定程度上同时得到了提高，与直接通过溶液铸膜得到的聚合物电解质膜相比，经过热压后的聚合电解质膜的结晶度得到了一定程度的提高，有利于其机械强度的提高；同时在热压过程中，聚合物中晶体发生了力诱导取向，形成了有利于离子传输的通道。

技术领域

本发明涉及一种高强度凝胶聚合物电解质的制备方法，属于电池电解质制备领域。

背景技术

随着能源问题和环境问题的危机日益突显，人们对清洁、可再生能源的需求越来越迫切。如今，太阳能、风能以及水力等可再生能源被转化为电能等二次能源，但由于地域限制，这些可再生资源与能量需求分配不均匀，因此储能技术的发展受到了人们的关注。

目前在一些商业化的储能设备中，如锂电池、电容器和燃料电池等，电解质主要还是使用含有锂盐的有机碳酸酯类液体电解质，而液体电解质对设备封装要求极高，这是因为在一些非正常环境中，如短路及热冲击等，液体电解质易导致设备膨胀从而泄露，严重时会引发燃烧甚至爆炸，对人身及设备安全产生威胁。与传统的基于碳酸酯的液体电解质相比，聚合物电解质具有许多优点，如透明度，无溶剂，轻质，柔韧性，较好的薄膜形成能力，高离子导电性和较宽的电化学窗口。同时，由于聚合物电解质无泄漏，可避免电池内部短路，无有害气体产生等，有利于提高设备的安全性。

然而，聚合物电解质实际应用的先决条件是(i)在环境温度和低温环境下的高离子电导率，(ii)良好的机械强度，和(iii)热稳定性和电化学稳定性。在这些要求中，高离子电导率与良好的机械强度往往是相互矛盾的，因此有必要提供一种在提高聚合物电解质导电率的同时还要保证其机械强度的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种同时提高聚合物电解质的导电率和机械性能方法。

为了达到上述的发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高强度凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚合物溶解在溶剂中，搅拌得到均一的聚合物溶液；

步骤二：在步骤一得到的聚合物溶液中，加入离子液体，搅拌得到均匀的粘稠状混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液采用溶液铸膜法得到聚合物电解质膜；

步骤四：将步骤三得到的聚合物电解质膜进行热压即得。

具体地，步骤一中，所述的聚合物为聚环氧乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等半结晶性聚合物或其共聚或共混物；所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)和丙酮中的任意一种或两种以上的混合溶剂，其中混合溶剂所选的几种溶剂沸点接近；所得到的聚合物溶液中，聚合物的浓度为5～10wt％。

所述的离子液体由阳离子液体和阴离子液体组成；所述的阳离子液体为咪唑鎓，吡啶鎓，鏻，吡咯烷鎓，哌啶鎓，吗啉鎓或胆硷；所述的阴离子液体为卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根、硫酸氢根、三氟甲磺酸根或双三氟甲磺酰亚胺。

优选地，所述的离子液体在混合溶液中的质量百分比为10～30％。

步骤三中，铸膜法成膜后，需要在一定温度下挥发溶剂，以获得自支撑和半透明的聚合物电解质膜；挥发溶剂所选温度由所用溶剂决定，若选用的是单一溶剂，所选温度一般不超过溶剂的沸点；若选用的是混合溶剂，所选温度一般不超过混合溶剂中沸点最低的溶剂沸点。