一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步和新材料的發(fā)現(xiàn)，人們開(kāi)發(fā)出了各種類(lèi)的電池，隨著手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電器的問(wèn)世，對(duì)電池的高性能化和小型輕量化等的需求顯得越來(lái)越強(qiáng)烈，為滿(mǎn)足這種需求，鋰離子型電池以能量密度高，能夠迅速充電等特點(diǎn)逐步引起人們的高度關(guān)注，并也得到了廣泛使用。在一次電池或二次電池和電容器等電化學(xué)元件中，大多使用液體電解質(zhì)來(lái)作為制造新電池的導(dǎo)電原材料，但液體的電解質(zhì)具有液漏的危險(xiǎn)或者缺少長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性的缺點(diǎn)以及易腐蝕、易燃燒、安全性差與可靠性低等問(wèn)題。它不能完全滿(mǎn)足規(guī)?；I(yè)儲(chǔ)能在安全性方面的要求。
[0003]1973年Wright等人首次發(fā)現(xiàn)了聚氧化乙稀(ΡΕ0)與堿金屬鋰、鈉鹽絡(luò)合具有離子導(dǎo)電子的現(xiàn)象，從而使固體電解質(zhì)膜的研究進(jìn)入一個(gè)新的階段，以非可燃性固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)鋰離子電池中液態(tài)電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換的新型高安全性鋰電池。所謂全固態(tài)薄膜鋰電池，即是在襯底上將電池的各組成要素按照正極、電解質(zhì)、負(fù)極的順序依次制備成薄膜，最后封裝就構(gòu)成了一個(gè)整電池。
[0004]當(dāng)前固體電解質(zhì)膜的制備多采用溶液澆注、熱壓法、光引發(fā)聚合法、熱引發(fā)聚合法等方法，這些方法都需要無(wú)紡布或是隔膜做基底進(jìn)而制備出固態(tài)薄膜。但這些方法會(huì)存在制備設(shè)備昂貴、工藝繁瑣以及制膜效率低等問(wèn)題，因此如何研制開(kāi)發(fā)出一種不需要基底制備固態(tài)薄膜的方法是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]1、一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，步驟如下:
[0008]1)取原材料增塑劑、聚環(huán)氧乙烷、鋰鹽，加入乙腈確保固體物質(zhì)完全溶解后擱置1-2天，取名為A溶液；
[0009]2)取適量甘油至容器中再緩慢加入A溶液靜置，溶液形成薄膜并放置1天，取出薄膜在溫度為0?50°C條件下烘干，得到固體電解質(zhì)薄膜。
[0010]優(yōu)選的，所述增塑劑為聚乙二醇、聚苯乙烯、琥珀腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一種或幾種。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述鋰鹽為高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、硫酸鋰、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、六氟砷酸鋰、草酸二氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或幾種。
[0012]優(yōu)選的，按質(zhì)量比，所述增塑劑、聚環(huán)氧乙烷、鋰鹽的加入比例為:1.5-4.2:5-7:0.8—1.5 ο
[0013]優(yōu)選的，所述步驟2)取出薄膜可按如下方式進(jìn)行:向容器中再次緩慢加入甘油，使得薄膜浮于液面之上，取出薄膜并去除甘油。
[0014]優(yōu)選的，所述容器可根據(jù)需求的薄膜厚度和膜的幾何形狀進(jìn)行選擇確定。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:本項(xiàng)發(fā)明利用分子擴(kuò)散成膜技術(shù)將電解質(zhì)材料在一定的液體溶劑中進(jìn)行分子擴(kuò)散成膜。本方法可以精確地控制電解質(zhì)的大小、形狀、厚度，并且利用分子擴(kuò)散成膜原理一步合成固態(tài)電解質(zhì)薄膜，成膜時(shí)間短，成膜質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)單，利于規(guī)?；a(chǎn)，大大簡(jiǎn)化了固態(tài)電解質(zhì)薄膜的制備工藝。由該固態(tài)電解質(zhì)制造的鋰電池的充放電性能穩(wěn)定，具有使用壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)多，電池容量大等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]實(shí)施例1
[0018]取PEG(聚乙二醇)，ΡΕ0(聚環(huán)氧乙烷)，LiC104三種原材料，三種原材料的比例為3:6:1，加入一定比例的乙腈溶解完全之后擱置1-2天，確保固體物質(zhì)完全溶解，取名為A溶液。
[0019]取一潔凈的蒸發(fā)皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，緩慢的加入A溶液，置于水平桌面上，lh便可形成薄膜。將上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干凈的濾紙上，在干燥箱中低溫下烘干，溫度不得高于50°C，得到固體電解質(zhì)薄膜。
[0020]性能測(cè)試:
[0021]切取大約1cm2電解質(zhì)薄膜，置于電池殼體中測(cè)試所制備材料的交流阻抗，通過(guò)阻抗譜發(fā)現(xiàn)，室溫下該固體電解質(zhì)薄膜電導(dǎo)率為8*10 5S*cm 用不銹鋼工作電極和金屬鋰參比電極測(cè)出電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.8V。
[0022]實(shí)施例2
[0023]取PEG (聚乙二醇)，ΡΕ0 (聚環(huán)氧乙烷)，LiN03(硝酸鋰)三種原材料，30:55:15，加入一定比例的乙腈溶解完全之后擱置1-2天，確保固體物質(zhì)完全溶解，取名為A溶液。
[0024]取一潔凈的蒸發(fā)皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，緩慢的加入A溶液，置于水平桌面上，lh便可形成薄膜。將上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干凈的濾紙上，在干燥箱中低溫下烘干，溫度不得高于50°C，得到固體電解質(zhì)薄膜。
[0025]性能測(cè)試:
[0026]切取大約1cm2電解質(zhì)薄膜，置于電池殼體中測(cè)試所制備材料的交流阻抗，通過(guò)阻抗譜發(fā)現(xiàn)，室溫下該固體電解質(zhì)薄膜電導(dǎo)率為1.l*10-6S*cm1o用不銹鋼工作電極和金屬鋰參比電極測(cè)出電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.7V。
[0027]實(shí)施例3
[0028]取PPS(聚苯乙烯)，ΡΕ0(聚環(huán)氧乙烷)，LiC104三種原材料，三種原材料的比例為25:60:15加入一定比例的乙腈溶解完全之后擱置1-2天，確保固體物質(zhì)完全溶解，取名為A溶液。
[0029]取一潔凈的蒸發(fā)皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，緩慢的加入A溶液，置于水平桌面上，lh便可形成薄膜。將上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干凈的濾紙上，在干燥箱中低溫下烘干，溫度不得高于50°C，得到固體電解質(zhì)薄膜。
[0030]性能測(cè)試:
[0031]切取大約1cm2電解質(zhì)薄膜，置于電池殼體中測(cè)試所制備材料的交流阻抗，通過(guò)阻抗譜發(fā)現(xiàn)，室溫下該固體電解質(zhì)薄膜電導(dǎo)率為2.3*10 6S*cm 用不銹鋼工作電極和金屬鋰參比電極測(cè)出電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.6V。
[0032]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟如下: 1)取原材料增塑劑、聚環(huán)氧乙烷、鋰鹽，加入乙腈確保固體物質(zhì)完全溶解后擱置1-2天，取名為A溶液； 2)取適量甘油至容器中再緩慢加入A溶液靜置，溶液形成薄膜并放置I天，取出薄膜在溫度為O?50°C條件下烘干，得到固體電解質(zhì)薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于:所述增塑劑為聚乙二醇、聚苯乙烯、琥珀腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于:所述鋰鹽為高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、硫酸鋰、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、六氟砷酸鋰、草酸二氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于:按質(zhì)量比，所述增塑劑、聚環(huán)氧乙烷、鋰鹽的加入比例為:1.5-4.2:5-7:0.8-1.5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟2)取出薄膜可按如下方式進(jìn)行:向容器中再次緩慢加入甘油，使得薄膜浮于液面之上，取出薄膜并去除甘油。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，所述容器可根據(jù)需求的薄膜厚度和膜的幾何形狀進(jìn)行選擇確定。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分子成膜制備薄膜鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的方法，1)取原材料增塑劑、聚環(huán)氧乙烷、PEG、鋰鹽，加入乙腈確保固體物質(zhì)完全溶解后擱置1-2天，取名為A溶液；2)取適量甘油至容器中再緩慢加入A溶液靜置，溶液形成薄膜并放置1天，取出薄膜在溫度為0～50℃條件下烘干，得到固體電解質(zhì)薄膜。本方法可以通過(guò)甘油容器的設(shè)計(jì)精確地控制電解質(zhì)的大小、形狀、厚度，并且通過(guò)分子擴(kuò)散成膜法一步合成固態(tài)電解質(zhì)薄膜，無(wú)需附著在其他物質(zhì)上面，成膜時(shí)間短，成膜質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，利于規(guī)模化生產(chǎn)。由該固態(tài)電解質(zhì)制造的鋰電池的充放電性能穩(wěn)定，具有使用壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)多，電池容量大等特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H01M10/0565
【公開(kāi)號(hào)】CN105336981
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510818410
【發(fā)明人】王聯(lián), 楊亞萍, 薛雯娟, 周天勇, 鐘江泉, 蔣顯全, 袁先洪
【申請(qǐng)人】重慶市科學(xué)技術(shù)研究院, 重慶市硅酸鹽研究所
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日