[发明专利]聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的制备方法、及其相应电解质和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的制备方法、及其相应电解质和制备方法。

背景技术

随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。一种新型的具有高倍率充放电性能的电池材料的研发变得极其重要。然而，安全问题一直是制约大容量、高功率锂离子电池应用的瓶颈。其中，目前广泛使用的液态电解质产生的漏液、电解质氧化分解及热失控等引起的燃烧、爆炸等问题是电池的主要安全隐患。

当前常规的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。由于固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5~10^-4s/cm)，使用应用受到限制,因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

发明内容

鉴于此，本发明旨在提供聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的制备方法、及其相应电解质和制备方法。本发明提供的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质，经金属氧化物纳米粒子改性后，具备较高的电导率，安全性好，环境友好。本发明提供的制备方法工艺流程简单。

第一方面，本发明提供了聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯基正丁基醚、有机溶剂和金属氧化物纳米粒子加入到反应器中,在惰性气体保护下搅拌1~4h使其混合均匀，加入增塑剂，搅拌12~36h，得到粘稠浆料其中，所述聚乙烯基正丁基醚、所述有机溶剂和所述金属氧化物纳米粒子的质量比为1.5~4.5：20~40：1，所述聚乙烯基正丁基醚与所述增塑剂的质量比为1~3:1；

（2）将所述粘稠浆料浇注于基板上,在60~100℃下真空干燥24~48h,得到金属氧化物纳米粒子改性的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜。

本发明步骤（1）为将聚乙烯基正丁基醚、有机溶剂和金属氧化物纳米粒子按一定配比混合均匀得到粘稠浆料的过程。

优选地，所述金属氧化物纳米粒子为TiO₂、MgO、Al₂O₃或ZnO。

优选地，所述金属氧化物纳米粒子的尺寸为10~100nm。

优选地，所述有机溶剂为乙腈、丙酮、四氢呋喃或环己酮。

优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、间苯二甲酸二丁酯或对苯二甲酸二丁酯。

优选地，所述惰性气体为氮气或氩气。

金属氧化物纳米粒子的加入，可以使得制备得到的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜具有良好的孔洞结构，不仅在表面有大量微孔，而且在表面下方也有许多相互连接的微孔，这些孔洞结构将有利于提高电解质的电导率。

步骤（2）为将得到的粘稠浆料进行转移，制备金属氧化物纳米粒子改性的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的过程。

具体地，将浆料涂布于基板上，在60~100℃下真空干燥24~48h,得到干燥好的金属氧化物纳米粒子改性的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜。膜结构中大量微孔的存在有利于最终提高电解质的电导率。

优选地，所述聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜的厚度为28~45μm。

优选地，基板为玻璃板或聚四氟乙烯板。

第二方面，本发明提供了聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯基正丁基醚、有机溶剂和金属氧化物纳米粒子加入到反应器中,在惰性气体保护下搅拌1~4h使其混合均匀，加入增塑剂，搅拌12~36h，得到粘稠浆料其中，所述聚乙烯基正丁基醚、所述有机溶剂和所述金属氧化物纳米粒子的质量比为1.5~4.5：20~40：1，所述聚乙烯基正丁基醚与所述增塑剂的质量比为1~3:1；

（2）将所述粘稠浆料浇注于基板上,在60~100℃下真空干燥24~48h,得到金属氧化物纳米粒子改性的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜；

（3）在充满惰性气体的手套箱中将所述聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质膜浸于电解液中5~60min，即得到金属氧化物纳米粒子改性的的聚乙烯基正丁基醚凝胶电解质。

步骤（1）为将聚乙烯基正丁基醚、有机溶剂和金属氧化物纳米粒子按一定配比混合均匀得到粘稠浆料的过程。