[发明专利]一种聚合物电解质薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物电解质薄膜材料及其制备方法。采用氯化钠和氯化锂饱和溶液对蛭石进行剥离制备二维片层蛭石；然后采用盐酸溶液对二维片层蛭石进行酸刻蚀得多孔二维纳米蛭石片层，即VNs；将VNs作为填料对PEO/PVDF‑HFP共混聚合物进行掺杂，获得PEO/PVDF‑HFP/VNs聚合物薄膜，所述PEO为聚环氧乙烷，PVDF‑HFP为聚偏氟乙烯‑六氟丙烯；再将PEO/PVDF‑HFP/VNs聚合物薄膜采用有机电解液浸泡，得PEO/PVDF‑HFP/VNs聚合物电解质薄膜材料。本发明所制备的聚合物电解质薄膜材料具有离子电导率和锂离子迁移数高，界面阻抗小，有效提高了基于该聚合物电解质薄膜的锂电池的电化学性能，且该制备聚合物电解质薄膜的方法具有操作简单易行，成本低廉，易于规模化制备的有益效果。

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质薄膜，特别是一种聚合物电解质薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着资源的枯竭和环境问题的日益严峻，储能器件吸引了众多研究者的目光。在电池方面，科学家们对铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池、燃料电池、锂离子电池的研究在不断探索，并在诸多领域得到应用。其中，锂离子电池因其具有诸多优点，例如比能量高、电池电压高、自放电少、使用寿命长、对环境友好等，受到诸多研究学者的关注，并在电子产品、电动工具、航空航天电源、大规模储能等应用领域得到广泛应用。传统的锂离子电池主要由正负极、电解液、隔膜组成，其中电解液和隔膜是决定电池安全性的主要因素之一，目前采用有机液态电解液配合Celgard薄膜的商业化锂离子电池存在的主要问题之一是其电解液容易发生泄露和燃烧而带来的一系列安全隐患，而采用固态电解质取代“液态有机电解液-隔膜”体系是解决以上问题的有效措施，因此开发一种具有高性能的固态电解质迫在眉睫。

聚合物电解质因为具有良好的柔韧性以及与锂金属具有较好的相容性，因此被认为是一种极具应用潜力的固态电解质，聚合物电解质主要分为全固态聚合物电解质(SPE)与凝胶聚合物电解质(GPE)。近年来，人们对几种有应用潜力的凝胶聚合物电解质进行了大量研究。但是目前GPE主要面临着室温离子电导率低、界面阻抗大、电化学稳定电压窗口低等问题。

本发明通过采用填料掺杂方式企图改善聚合物电解质薄膜材料的电化学性能，成功解决了聚合物凝胶电解质室温离子电导率低和界面阻抗大的问题，研发出了一种聚合物电解质薄膜材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种聚合物电解质薄膜材料及其制备方法。本发明所制备的聚合物电解质薄膜材料具有离子电导率高，界面阻抗小，提高了聚合物电解质材料的电化学性能，且该方法具有操作简单易行，成本低廉，易于规模化制备的特点。

本发明的技术方案：一种聚合物电解质薄膜材料，采用氯化钠和氯化锂饱和溶液对蛭石进行剥离制备二维片层蛭石；然后采用盐酸溶液对二维片层蛭石进行酸刻蚀，得多孔二维纳米蛭石片层，即VNs；将VNs作为填料对PEO/PVDF-HFP共混聚合物进行掺杂，获得PEO/PVDF-HFP/VNs聚合物薄膜，所述PEO为聚环氧乙烷，PVDF-HFP为聚偏氟乙烯-六氟丙烯；再将PEO/PVDF-HFP/VNs聚合物薄膜采用有机电解液浸泡，得PEO/PVDF-HFP/VNs聚合物电解质薄膜材料。

前述的聚合物电解质薄膜材料的制备方法，包括有以下步骤：

(1)先将8-12g蛭石在100mL氯化钠饱和溶液中75-85℃下加热剥离22-26h，得样品；再将样品分散在100mL氯化锂饱和溶液中，在75-85℃下加热剥离22-26h，得二维片层蛭石，为A品；

(2)将A品加入到盐酸溶液中，加热搅拌，然后搅拌清洗至中性，干燥，得多孔二维纳米蛭石片层，即VNs，为B品；

(3)将B品加入有机溶液中搅拌分散，再依次加入PVDF-HFP和PEO聚合物，继续在20-30℃下搅拌均匀，然后浇筑在聚四氟乙烯模具中，干燥，获得PEO/PVDF-HFP/VNs聚合物薄膜，为C品；