[发明专利]多孔复合凝胶电解质及其制备方法和半固态锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及多孔复合凝胶电解质及其制备方法和半固态锂离子电池。本发明提供的多孔复合凝胶电解质，包括聚(偏二氟乙烯‑六氟丙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和玄武岩纤维。该多孔复合凝胶电解质将聚(偏二氟乙烯‑六氟丙烯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)复合使用能够降低聚合物基体的结晶度，同时改善聚(偏二氟乙烯‑六氟丙烯)与电极的界面问题，进一步引入玄武岩纤维，有效提高了凝胶电解质的机械强度和热稳定性，并降低了聚合物基体的结晶度，提高了电解质的电导率。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及多孔复合凝胶电解质及其制备方法和半固态锂离子电池。

背景技术

近年来随着储能行业的蓬勃发展，对锂离子电池安全性的要求也日益提升。聚合物凝胶电解质由于兼具接近液体电解液的较高离子电导率，同时有效降低了电解液漏液，极大保证了锂离子电池的安全性，显示出优异的应用前景。

在聚合物基质材料的选择上，聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)由于具有良好性能而备受关注。PVDF-HFP作为一种优异的材料，具有耐腐蚀，耐温，易制膜，介电常数高等优点，其结晶度也远低于同类的PVDF，以PVDF-HFP制备的凝胶聚合物电解质能够表现出更高的室温电导率。PMMA具有的羰基使得其和电解液相容性较好，能够提高共混隔膜对电解液的浸润性能，而且PMMA对锂电极有较好的界面稳定性，但是其凝胶活化后的机械强度较差，热稳定性不好。

因此，有必要研究新的聚合物凝胶电解质，以满足储能行业发展的需要。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

CN110943258A提供了一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜，综合了木质纤维素和PVDF-HFP优异的电化学性能，同时复合膜的机械强度得到提升；但PVDF-HFP与电极材料接触性较差，存在界面问题。

CN110010829B提供了一种PVDF-HFP/PMMA/CMC复合膜，该复合膜包括层叠设置的PVDF-HFP/PMMA薄膜和CMC薄膜，通过直接涂布烘干的方法制备，离子电导率可以达到4.388mS/cm。但是，该膜缺少高强度无机填料的引入，使得其机械性能略有不足，且通过直接涂布烘干的方法制备，不利于形成多孔结构。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种多孔复合凝胶电解质，该多孔复合凝胶电解质将聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)复合使用能够降低聚合物基体的结晶度，同时改善聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)与电极的界面问题，进一步引入玄武岩纤维，有效提高了凝胶电解质的机械强度和热稳定性，并降低了聚合物基体的结晶度，提高了电解质的电导率。

本发明实施例的多孔复合凝胶电解质，包括：聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和玄武岩纤维。

本发明实施例的多孔复合凝胶电解质带来的优点和技术效果，1、本发明实施例中，同时引入聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)，两者复合使用能够改善聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)与电极界面接触性差、聚(甲基丙烯酸甲酯)凝胶活化后的机械强度差以及热稳定性不好的问题，有效改善了聚合物膜的结晶度，增强了凝胶电解质的电化学性能以及电极的界面稳定性；2、本发明实施例中，通过引入玄武岩纤维进一步增强了凝胶电解质的机械强度，并降低了聚合物基体的结晶度，提升了凝胶电解质的电导率，同时提高了凝胶电解质的热稳定性；3、本发明实施例中，具有多孔结构的凝胶电解质能够吸收更多的电解液，对应的就具有更多的自由Li⁺数量，使复合凝胶电解质具有更大的离子电导率。

在一些实施例中，所述聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)的质量比为20:1～1:20。