本发明属于固态电池,尤其是涉及一种固态电池用聚合物电解质膜及其制备方法。
背景技术:
1、锂离子电池主要由正极、隔膜、电解液和负极组成,其中隔膜与电解液起到了电子绝缘和导通离子的作用,决定着电池的电化学窗口,循环寿命、比能量、倍率性能、安全性能等。锂离子电池因高能量密度高、低自放电、长循环寿命、无记忆效应等优点,已被广泛用于3c产品、汽车和储能等领域,但是其还存在易燃、渗漏、有毒等安全问题需要解决。
2、电解质膜具有与隔膜加电解液相同的作用,同时因其无流动的电解液,安全性得到了极大提升,具有替代隔膜加液态电解液的潜质。其中,聚合物电解质膜因具有密度小、柔韧性好、加工性好、安全系数高和界面接触性好的特点,被认为是最具有应用于固态电池前景的固体电解质。但是传统的聚合物电解质室温离子电导率低,低锂离子迁移数、电压窗口窄,限制了其在固态电池中的应用。
3、对此研究者们提出了多种解决的方式,如申请号为cn202410422256.5公开的一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用,通过向聚合物电解质膜中引入六方氮化硼量子点,六方氮化硼量子点的引入降低了聚合物的结晶度,同时六方氮化硼量子的分布平行于li+传输方向,有利于li+在填料表面间传输,因此离子电导率和锂离子迁移数有所提高。但六方氮化硼量子点填料的制备过程复杂,制备周期长,不适合大规模制备,离子电导率和锂迁移数的提升也非常有限。
4、又如申请号为cn202111110962.9公开的改性铝基化聚合物及制备方法、耐高压固态聚合物电解质膜及制备方法、金属锂二次电池,利用有机铝化合物改性聚合物链,打破聚合物的结晶度,提高其电导率。但该方案中改性过程复杂,光固的均匀性及膜的一致性存在问题。
5、综上所述,引入填料或改性聚合物等方式对离子电导率和锂迁移数的提升比较有限,同时往往伴随着制作过程复杂化,不适于大规模量产。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种固态电池用聚合物电解质膜及其制备方法,制备流程简单,适于大规模量产,且得到的聚合物电解质膜具有高离子电导率、高锂迁移数的优点。
2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,包括以下步骤:
3、s1、将聚合物组分、锂盐组分、增塑剂组分加入到容器中,加热搅拌配成浆料;
4、s2、将浆料倒在料盒中,使用流延机流延成型,浆料冷却凝固后得到聚合物电解质膜。
5、作为优选,在所述步骤s1中,聚合物组分包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷及其衍生物中的一种或至少两种组合。
6、作为优选,在所述步骤s1中,锂盐组分包括高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或至少两种组合。
7、作为优选,在所述步骤s1中,增塑剂组分包括固态增塑剂,或者包括固态增塑剂和功能增塑剂的组成。
8、作为优选,所述固态增塑剂包括碳酸乙烯酯、环丁砜、丁二腈中的一种或至少两种组合;所述功能增塑剂包括碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1,2-二甲氧丙烷、二甲氧甲烷、乙二醇二甲醚、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或至少两种组合。
9、作为优选,在所述步骤s1中,聚合物组分和锂盐组分占浆料总质量的20~30%,聚合物组分占聚合物组分和锂盐组分总质量的40~75%,增塑剂组分占浆料总质量的70~80%。
10、作为优选,聚合物组分和锂盐组分占浆料总质量的24~28%,聚合物组分占聚合物组分和锂盐组分总质量的50~60%,增塑剂组分占浆料总质量的72~76%。
11、作为优选,在所述步骤s1中,搅拌速度为100~2000rpm,搅拌温度为100~180℃,搅拌时间为30~180min。
12、作为优选,在所述步骤s2中,流延成型控制刮刀间隙为20~400μm,走带速度为0.05~1m/min,流延成型后进行自然冷却或半导体降温,半导体降温设定温度为-20~10℃。
13、以及一种固态电池用聚合物电解质膜,通过上述的固态电池用聚合物电解质膜的制备方法制备得到。
14、与现有技术相比,本发明的优点在于:
15、1、利用增塑剂组分降低聚合物组分的结晶度,以及在锂盐组分与增塑剂组分的协同作用下,浆料流延冷却即可凝固成膜,操作简便,流程简单,适合大规模连续制备;
16、2、通过引入固态增塑剂和功能增塑剂,聚合物组分结晶度下降的同时锂离子传递路径也将丰富化,有助于提高聚合物电解质膜的离子电导率,最高可达到3ms/cm以上;
17、3、固态增塑剂限制了阴离子的迁移,本方案的聚合物电解质膜相较于传统的聚合物电解质膜具有更高锂离子迁移数;
18、4、通过引入功能增塑剂,使得聚合物电解质膜可具有阻燃、对正极高压稳定等特点,适用性较好。
1.一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s1中,聚合物组分包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷及其衍生物中的一种或至少两种组合。
3.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s1中,锂盐组分包括高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或至少两种组合。
4.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s1中,增塑剂组分包括固态增塑剂,或者包括固态增塑剂和功能增塑剂的组成。
5.根据权利要求4所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:所述固态增塑剂包括碳酸乙烯酯、环丁砜、丁二腈中的一种或至少两种组合;
6.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s1中,聚合物组分和锂盐组分占浆料总质量的20~30%,聚合物组分占聚合物组分和锂盐组分总质量的40~75%,增塑剂组分占浆料总质量的70~80%。
7.根据权利要求6所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:聚合物组分和锂盐组分占浆料总质量的24~28%,聚合物组分占聚合物组分和锂盐组分总质量的50~60%,增塑剂组分占浆料总质量的72~76%。
8.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s1中,搅拌速度为100~2000rpm,搅拌温度为100~180℃,搅拌时间为30~180min。
9.根据权利要求1所述的一种固态电池用聚合物电解质膜的制备方法,其特征在于:在所述步骤s2中,流延成型控制刮刀间隙为20~400μm,走带速度为0.05~1m/min,流延成型后进行自然冷却或半导体降温,半导体降温设定温度为-20~10℃。
10.一种固态电池用聚合物电解质膜,其特征在于:通过权利要求1~9所述的固态电池用聚合物电解质膜的制备方法制备得到。