[发明专利]一种电化学和力学性能良好的聚乙烯醇基电解质膜的制备方法

说明书

本发明提供一种电化学和力学性能良好的聚乙烯醇基电解质膜的制备方法，涉及高分子材料领域，解决现有液态电解质易泄露、储存运输不便等问题；本发明聚乙烯醇基电解质膜的制备方法包括以下步骤：在聚乙烯醇水溶液中加酸调节pH值，再滴加含醛基的离子溶液制得水凝胶，将得到水凝胶倒入玻璃板上平铺成膜，制得聚乙烯醇基电解质膜；本发明制得的聚乙烯醇基电解质膜具有电化学和力学性能良好的优点，可作为固态电解质应用于电池中，提高电池安全性，扩大电池使用范围。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种电化学和力学性能良好的聚乙烯醇基电解质膜的制备方法。

背景技术

随着当今科学技术的发展和人民生活水平的提高，电池已经成为人们生产和生活中不可缺少的一部分。作为电池的主要部分之一的电解质，也成为了人们关注的热点。目前主要应用的电解质是液态电解质，但是液态电解质安全性较差、易泄露和易燃烧，已经造成了多次锂离子电池起火爆炸事故，对人和环境造成了危害，引起了人们对锂离子电池安全问题的重视。

相较于液态电解质，固态或准固态电解质由于其固体形态使电解质不易泄露，其安全性和能量密度都有了很大的提升。固态电解质还具有良好的稳定性，包括化学稳定性和电位窗宽稳定性，因此科研人员力求用固态电解质代替原有液态电解液和隔膜，从而提高锂离子电池安全系数，扩大锂离子电池的使用范围。具有液相结构的固态电解质一般称其为凝胶聚合物电解质。其中的液相结构使得和固态电解质相比，它的导电性通常更加优异，加之无需考虑泄露等问题，因此相比于液体电解质来说其安全性更高。

水凝胶由于其廉价易得，制备工艺成熟，易成膜等优点，已得到学者和研究人员的关注。加之其可掺杂或与其他物质发生反应，使水凝胶获得其他需要的性质，即改性使其功能化，有望成为固态或准固态电解质的理想材料。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种聚乙烯醇基电解质膜的制备方法，该电解质膜具有固态电解质的高能量密度和高安全性的优点，并且具备液态电解质的高导电性，即凝胶聚合物电解质。本发明由于兼具固液态电解质的优点，有望作为固态电解质应用于电池中，扩大电池使用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电化学和力学性能良好的聚乙烯醇基电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)烧瓶中倒入聚乙烯醇和水，超声波搅拌并加热使聚乙烯醇溶解，得到聚乙烯醇粘性溶液；

(2)加入酸溶液调节pH至1.5～2.5，酸溶液为催化剂兼调节剂；待pH稳定后，向溶液中加入聚乙烯醇质量1～1.5倍的含醛基的离子溶液，以聚乙烯醇作为交联主体，加热进行交联反应，聚乙烯醇在交联剂的作用下交联成网状结构，含醛基的离子液体作为掺杂剂，通过弱力掺杂在聚乙烯醇网状结构上，形成缩醛液水凝胶；

(3)反应完成后，用氢氧化钠中和去溶液中的酸溶液，调节反应温度和时间，得到一定粘度的缩醛液水凝胶；

(4)将制得的缩醛液水凝胶倒入玻璃板上平铺成膜，控制厚度，得到电化学和力学性能良好的聚乙烯醇基电解质膜。

上述技术方案中，离子液体为掺杂剂，酸为催化剂兼调节剂，聚乙烯醇在交联剂的作用下交联成网状结构，形成水凝胶，离子液体通过弱力掺杂在聚乙烯醇网状结构上，从而制得机械性能、导电性能良好的导电水凝胶。

作为优选，步骤(1)所述聚乙烯醇(PVA)水溶液为：将聚乙烯醇按质量浓度为0.05～0.20g/mL加入到水中，在70～100℃条件下超声搅拌至完全溶解后，冷却至室温，得到无色透明均匀的聚乙烯醇粘性溶液。

作为优选，步骤(2)所述酸为低浓度盐酸溶液，采用浓盐酸稀释至摩尔浓度为0.5～2.0mol/L的稀盐酸溶液，加入稀盐酸溶液时，每隔两滴测定溶液pH至1.5～2.5，停止滴加。