[发明专利]一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的制备方法及其电解质和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的制备方法，及其电解质和制备方法。

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，本发明旨在提供一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的制备方法，及其相应电解质和制备方法。本发明提供的一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质，经SiO₂改性后，具备较高的电导率，安全性好。本发明提供的制备方法工艺流程简单，环境友好。

第一方面，本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）取聚甲基丙烯酸甲酯，溶于8~10倍质量的有机溶剂中，按所述聚甲基丙烯酸甲酯：正硅酸乙酯的质量比为1∶0.5~0.8的比例，加入正硅酸乙酯以及酸溶液或碱溶液，加热至40~60℃，得到含有SiO₂的浆料；

（2）将所述浆料涂布于基板上,室温放置10~120min后，用水浸泡清洗，在60~100℃下真空干燥24~48h,得到SiO₂改性的聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜。

本发明步骤（1）为将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)溶于有机溶剂中，加热使正硅酸乙酯在酸性或碱性条件下发生水解生成SiO₂，从而得到含有SiO₂的浆料的过程。

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质均分子量为3~30万。

优选地，步骤（1）中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈或乙醇。

优选地，酸溶液为质量分数为20~38%的盐酸；

优选地，碱溶液为质量分数为25~28%的氨水。

优选地，酸溶液以及碱溶液与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比均为0.3~0.7∶1。

其中，正硅酸乙酯在酸性或碱性条件下的水解反应分两步进行，反应式如下所示：

第一步：C₂H₅-SiO₃H+H₂O=C₂H₅OH+H₂SiO₃

第二步：H₂SiO₃=SiO₂+H₂O

这种通过水解的方式掺入SiO₂的方法，能有效避免直接混合加入SiO₂粒子时，因团聚引起的分散不均的问题，提高凝胶电解质膜的稳定性。

步骤（2）为将得到的浆料进行转移，制备SiO₂改性的聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的过程。

具体地，将浆料涂布于基板上,室温放置10~120min使浆料变干成膜，然后，将其置于水槽中，通过水浸泡清洗除去所述有机溶剂，此时，随着有机溶剂的移出，膜结构中形成无数的微孔，最后，在60~100℃下真空干燥24~48h,得到干燥好的SiO₂改性的聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质微孔膜。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，聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜的厚度为55~70μm。

优选地，聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质膜具有孔径为1.5~3.0μm的微孔结构。

优选地，基板为玻璃板或聚四氟乙烯板。

第二方面，本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：