[发明专利]一种聚合物基复合固态电解质薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及采用磁性复合纤维作为填料的聚合物基复合固态电解质薄膜及其制备方法，其组成包括：磁性复合纤维；以及溶有锂盐的聚合物基体，其中磁性复合纤维的体积比为0.5％～2％，聚合物的体积比为99.5％～98％，所述的磁性复合纤维在聚合物基体中呈现垂直取向排列。包括如下步骤：1)将前驱体溶胶由静电纺丝法以及煅烧工艺制备得到磁性复合纤维；2)溶有锂盐的聚合物基体与磁性复合纤维再次复合成膜，并引入磁场进行取向调控。本发明的工艺可以控制填料在复合薄膜内部的分布和取向，从而可以通过对填料分布结构的调控提升复合薄膜的力学和电学性能，最终提高固态电解质薄膜的室温离子电导率。

技术领域

本发明属于固态电解质材料制备技术领域，具体涉及采用磁性复合纤维作为填料的聚合物基复合固态电解质薄膜及其制备方法。

背景技术

作为重要的电化学储能器件，锂电池由于具有较高的能量密度，较低的自放电效应，较快的充放电特性，而广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子器件中，并且在电动车辆中占据了大量的份额，许多著名汽车品牌都在争先夺后地研究具有更高能量密度，更高安全性能的基于锂电池的动力汽车。在储能器件材料领域，随着近年来电子设备发展的日新月异，广泛使用的储能器件向高储能、小型化以及有利于环保的方向发展。传统的锂离子电池的电解质材料是由溶有锂盐的有机溶剂组成，存在电解液泄露、燃烧、甚至爆炸的危险，并且对电池的封装要求很高，且在使用过程中易产生锂枝晶、电解液不稳定、易分解等问题。相反，固态电解质由于不含液体成分，从而可以有效的避免电解液燃烧、爆炸等危险，而且由于不含液态成分，整个电池的体积可以压缩到很小，提高的电池的能量密度；但是固态电解质与电极间的接触较差，造成较大的界面接触电阻，导致其室温离子电导率较低。聚合物材料由于易于加工、柔性好、重量轻、与电极相容性好、可以制成大面积的膜等优点，被广泛应用在固态电解质材料中。对聚合物材料的选取要求是：轻质、易加工、低成本和良好机械性能，玻璃转变温度低等。这种聚合物固态电解质与电极间具有较低的接触电阻，并且其热力学性能较好，但是它们的室温离子电导率较低，机械性能还有待提高，以抑制锂枝晶的问题及防止电池在使用过程中碰撞导致的电解质膜破裂，正负极短接的发生。研究发现加入一定量的小尺寸的无机陶瓷填料可以降低聚合物的结晶度，促进聚合物链段运动，并且无机陶瓷填料的某些基团与聚合物基体及锂盐间可能存在相互作用，这种相互作用有利于锂盐的离解、抑制聚合物的再结晶动力学过程，从而增大锂离子载流子浓度、聚合物非晶链段的运动能力，提高室温离子电导率。