[发明专利]聚氨酯基复合电解质膜的方法及聚氨酯基复合电解质膜

说明书

本发明提供一种聚氨酯基复合电解质膜的制备方法和聚氨酯基复合电解质膜。聚氨酯基复合电解质膜的制备方法包括混匀分散步骤、熔喷步骤及热辊加压步骤。混匀分散步骤：将聚氨酯‑聚硅氧烷嵌段共聚物和锂盐混合分散并加热得到锂盐混合物；熔喷步骤：采用熔喷工艺分别同时将锂盐混合物和增强纤维混合交织，后沉降于接收装置上后形成复合纤维无纺布；热辊加压步骤：将复合纤维无纺布热辊加压，得到聚氨酯基复合电解质膜。

技术领域

本发明涉及锂离子电池术领域，尤其是一种聚氨酯基复合电解质膜的制备方法和聚氨酯基复合电解质膜。

背景技术

商业化的锂离子电池由于使用易挥发、易燃烧、易泄露的有机液态电解质，存在较大的安全隐患。全固态锂离子电池用有一定机械强度的固态电解质取代了有机液体电解液和多孔的隔膜，能够避免液体电解质带来的安全问题，此外还具有能量密度高、加工成型简单等优点。

其中，固态聚合物电解质由于具有良好的柔韧性、界面相容性和适用大面积加工等优点有望实现商业化应用。聚氧化乙烯(PEO)由于具有非常良好的锂盐溶解能力和高的介电常数，在聚合物电解质中得到广泛研究。但是PEO室温下易于结晶，制备的固态电池存在离子电导率较低、电化学稳定窗口不宽、机械性能不强(＜2MPa)的问题，无法满足商业化使用要求。

聚硅氧烷类(PSi)是一类比较有应用前景的固体聚合物电解质材料，以Si-O键重复单元为主链，Si-O键的旋转势能低，对硅原子连有的侧基转动位阻小，具有较高的柔韧性，聚硅氧烷的玻璃化温度较低(＜-100℃)，链段运动能力强，有利于锂离子的传导。以其制备的PEO-b-PDMS-b-PEO电解质具有电化学窗口高、化学稳定性好、热稳定性能好等优点。然而，Si-O键的极性较低，自身溶解锂盐和络合锂离子的能力较弱，且力学性能较差，难以做成薄膜以及薄膜难以满足锂电池装配工艺对隔膜的力学强度要求，无法高效批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能优异且厚度薄、导电率高的聚氨酯基复合电解质膜的制备方法和聚氨酯基复合电解质膜。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种聚氨酯基复合电解质膜的制备方法，包括混匀分散步骤、熔喷步骤及热辊加压步骤。混匀分散步骤：将聚氨酯-聚硅氧烷嵌段共聚物和锂盐混合分散并加热得到锂盐混合物；熔喷步骤：采用熔喷工艺分别同时将锂盐混合物和增强纤维混合交织，后沉降于接收装置上后形成复合纤维无纺布；热辊加压步骤：将复合纤维无纺布热辊加压，得到聚氨酯基复合电解质膜。

可选的，熔喷步骤中的熔喷工艺中有至少两个熔喷模具，用于喷出锂盐混合物的第一熔喷模具的喷丝孔径为0.1mm-0.6mm，可选为0.4mm，第一熔喷模具的温度120℃-250℃，热空气温度120℃-280℃，热空气温度可以和第一熔喷模具的温度相等也可以略高于第一熔喷模具的温度，气压0.2MPa-0.4MPa，熔喷流量1ml/min-8ml/min,锂盐混合物的纤维直径在0.5μm-10μm；用于喷出增强纤维的第二熔喷模具的喷丝孔径为0.1mm-0.6mm，可选为0.4mm，第二熔喷模具的温度200℃-300℃，热空气温度200℃-400℃，这里的热空气温度可以和第二熔喷模具的温度相等也可以略高于第二熔喷模具的温度，气压0.2MPa-0.4MPa，增强纤维的熔体流量1ml/min-8ml/min，增强纤维的纤维直径在0.5μm-10μm。

通过调整模具温度、流量和接收距离可以来控制纤维直径，从而可以调整最终电解质膜中纤维所占的质量。随着模具温度的增大，聚合物熔体温度增大，纤维直径减小。首先，聚合物温度高，其黏度小，有利于聚合物纤维拉伸；其次，当聚合物熔体通过喷丝孔挤出时，温度逐渐衰减，聚合物温度高，则保持熔融状态的时间长，有利于被热空气拉伸，使得纤维直径减小。随着聚合物流量减小，在气流拉伸力大致不变的情况下受拉伸的聚合物的量变少，因而纤维直径减小。可选的，锂盐混合物和增强纤维的纤维直径在0.5μm-6μm，锂盐混合物和增强纤维的纤维直径可以相同也可以不同。