[发明专利]一种三维多孔聚偏氟乙烯/MOF复合凝胶电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维多孔的聚偏氟乙烯/MOF复合凝胶电解质的制备方法，属于功能性高分子聚合物薄膜技术领域。本发明要解决室温下凝胶电解质离子电导率低、机械性能低等技术问题。本发明方法：先将PVDF溶解在DMF中，然后加入锂盐，共混碳酸乙烯酯和MIL‑125(Ti)纳米颗粒，均匀分散，转移到成膜容器中并烘干，最后在液态电解液中浸泡。本发明采用简单易操作的浇铸成膜法，制备出具有高离子电导率和强机械性能的复合凝胶电解质，在室温下具有1.5×10supgt;‑/supgt;supgt;3/supgt;Scmsupgt;‑1/supgt;的高离子电导率和86.8％的最大应变程度。室温下的离子电导率和机械性能相较于传统的聚合物薄膜做基体的凝胶电解质均有较大提升。

技术领域

本发明属于功能性高分子聚合物薄膜技术领域，具体地说，涉及一种三维多孔聚偏氟乙烯/MOF复合凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

液态电解质具有高离子电导率和良好的界面相容性等优点，但是易燃性和对锂金属的不稳定性限制了在高能量密度电池中的应用。固态电解质可以解决易燃性和锂金属在液态电解质中不稳定带来的问题，并且无机固态电解质拥有高离子电导率，固态聚合物电解质拥有柔性高，易成膜，低成本和安全性等优点。然而，无机固态电解质仍然存在界面相容性差的问题，聚合物电解质仍然在室温下表现出差的离子电导率，这严重阻碍了实际应用。

凝胶电解质作为液态电解质和固态电解质的中间态，被寄希望于兼具室温下的高离子电导率，良好的界面相容性和高机械性能。但是聚合物基体本身的高结晶度限制了室温下的链段运动，造成不可避免的低速锂离子传输，同时凝胶电解质中液态成分的存在牺牲了聚合物本身的机械性能。加入有机填料可以降低聚合物的结晶度，但是结晶度的降低往往会伴随着弱化的机械性能。加入无机填料可以提升聚合物的机械性能，但是在基体内的不均匀分散容易造成锂离子传输缓慢不均匀，诱发锂枝晶的生长。因此，制备室温下兼具高离子电导率和高机械性能的复合凝胶电解质是迫切需要的。

发明内容

本发明要解决室温下凝胶电解质离子电导率低、机械性能低等技术问题，提供一种聚偏氟乙烯/MOF聚合物薄膜作为基体的增韧的高离子电导率的复合凝胶电解质及其制备方法。

为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

本发明的目的在于提供一种三维多孔聚偏氟乙烯/MOF复合凝胶电解质的制备方法，其是按下述步骤进行的：

步骤一、将聚偏氟乙烯(PVDF)分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，然后加入锂盐，分散均匀后磁力搅拌下加热，再静置；

步骤二，加入MIL-125(Ti)纳米颗粒和碳酸乙烯酯(EC)，在室温下磁力搅拌至均匀(耗时10h-12h)，浇铸在模具中，静置去除气泡，烘干，然后浸泡在液态电解质中，得到所述复合凝胶电解质。

进一步地限定，所述MIL-125(Ti)纳米颗粒是通过下述步骤制备的：将对苯二甲酸加到有机溶剂中，机械搅拌至均匀，边搅拌边滴加钛酸丁酯，滴加完毕后继续搅拌一定时间；然后水热反应，反应完成后差速离心，收集沉淀后干燥，得到MIL-125(Ti)纳米颗粒。

进一步地限定，制备MIL-125(Ti)纳米颗粒用的有机溶剂是由DMF和甲醇按(8～10):1体积比配置的。

进一步地限定，制备MIL-125(Ti)纳米颗粒过程中，搅拌速度为60rpm～100rpm。

进一步地限定，制备MIL-125(Ti)纳米颗粒过程中，在145℃-160℃下水热反应至少24h。

进一步地限定，制备MIL-125(Ti)纳米颗粒过程中，所述干燥是在60℃～70℃下鼓风干燥12h。

进一步地限定，制备MIL-125(Ti)纳米颗粒过程中，钛酸丁酯的每滴质量为0.02±0.005g。