[发明专利]双溶剂分步转相制备聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜的方法

说明书

本发明公开了一种双溶剂分步转相制备聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜的方法，包括以下步骤：将制孔剂与易挥发溶剂混合并溶解聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，充分溶解后用刮膜器均匀地涂布于平板上；静置，待易挥发溶剂挥发后，浸入去离子水中，待聚合物膜中的制孔剂溶于水后，取出烘干；烘干后的聚合物膜浸入锂盐电解液中，得PMMA凝胶电解质微孔膜。本发明采用易溶于水且沸点大于100℃的溶剂作为制孔剂，提高了凝胶电解质膜微孔的均一性，与传统的隔膜相比有较高的电化学稳定窗口和充放电效率，展示了更好的吸液效果且不漏液，提高了膜的机械强度，克服了液体锂离子电池存在的安全隐患及固体电池导电率不高的问题，易于产业化应用。

技术领域

本发明涉及凝胶电解质微孔膜的制备方法，具体涉及一种双溶剂分步转相制备聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜的方法。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高、高能量密度、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽、重量轻、循环寿命长、环境友好等优点，成为广泛使用的电源产品。离子液态电解质工作温度范围宽、电导率高、蒸气压低、不易挥发、毒性小、不易爆、熔点低等优点，但是也存在多种问题：成本高、粘度大、合成条件苛刻、离子液体的基础数据欠缺等。全固态聚合物电解质是锂盐与聚合物组成的体系，其导电率较低，与实际应用相距甚远。凝胶聚合物电解质主要由有机溶剂、聚合物、锂盐几部分组成，它具有液体电解质电池体系中的隔膜和离子导电载体的功能。近年来，凝胶电解质成为科研工作者关注的焦点，尤以聚醚系、聚偏氟乙烯系、聚丙烯腈系和聚甲基丙烯酸系研究较多。其中聚甲基丙烯酸甲酯有较高的吸液率，且其链段中-COO-基团具有较强的极性，与体系中其他基团相互作用，故此类凝胶电解质与电极的界面阻抗较低。但聚甲基丙烯酸甲酯机械性能较差，限制了其应用。

制备凝胶电解质微孔膜常采用多孔基质相转变-活化技术，该技术包括多孔膜骨架的制备和活化两部分，即首先以凝胶聚合物为基质，制备出聚合物多孔膜骨架，然后将其浸入电解液中进行活化，聚合物的无定型区发生溶胀形成凝胶相。该体系具有如下优点:第一，力学性能较强、室温电导率能够达到10^-3S/cm；第二，无定形区发生溶胀，不仅能够成为载流子迁移的通道，而且减缓了液态多孔膜中普遍存在的电解液泄漏问题；第三，在体系制备过程中，仅活化步骤需在无水条件下进行，其它步骤在通常条件下进行，因此非常适合产业化。所以该技术一经问世就引起了广泛的关注，并且已经成为目前制备凝胶电解质膜的主要方法。但该方法制备的凝胶电解质膜仍然存在如下问题：第一，多孔膜骨架是采用浸没沉淀法制备的，虽然这种方法可以得到多种不同的孔结构，比如蜂窝状、指状及海绵状孔等，但是该方法不容易实现多孔膜的结构可控性和结构重复性；第二，该方法制备的多孔膜的力学强度仍然不够理想；第三，膜孔径分布宽，不易调节。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种双溶剂分步转相制备聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜的方法，该方法易于成膜、易控制膜孔结构，工艺简单，所得的凝胶电解质膜具有良好的电化学性能和安全稳定性，直接应用于锂离子电池，成本较低，能实现大规模生产。

本发明的技术解决方案是：该双溶剂分步转相制备聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜的方法包括以下步骤：

（1）将易溶于水且沸点大于100℃的溶剂作为制孔剂，加入到易挥发的有机溶剂中，混合均匀得到混合有机溶剂；

（2）将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA聚合物加入步骤（1）的混合有机溶剂中，搅拌，充分溶解，得均匀的PMMA聚合物有机溶液；

（3）用涂膜器将步骤（2）的PMMA聚合物有机溶液均匀地涂布于平板上，静止，待易挥发有机溶剂挥发完，再浸入去离子水中，浸泡至制孔剂完全溶于水中，将隔膜取出，充分干燥，得PMMA聚合物隔膜；

（4）将步骤（3）所得的PMMA聚合物隔膜浸入锂盐电解液中，充分吸液后，即为PMMA聚合物凝胶电解质膜。