一種簡便制備鋰離子電池聚合物電解質薄膜的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種簡便制備大規(guī)格鋰離子電池聚合物電解質薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]
隨著經濟的發(fā)展和文明的進步，人類對于能源的依賴越來越傾向于可持續(xù)、環(huán)境友好的新能源體系。鋰離子電池誕生于20世紀末，是一種綠色高能環(huán)保型電池，以其工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、污染小等優(yōu)點在眾多化學電源中脫穎而出，自20世紀90年代商品化以來因其性能優(yōu)越而備受關注，成為純電動EV和混合動力HEV的主流動力電源之一。然而，有機電解液的存在會引起許多安全問題，進而制約其發(fā)展，在高溫、短路、過充放、擠壓和撞擊等情況下，容易出現冒煙、著火甚至爆炸的現象，故無法很好滿足EV和HEV的實用需要。聚合物電解質可以避免傳統液態(tài)鋰離子電池的漏液問題，提高電池的安全性能和能量密度，并可實現電池的薄化、輕便化和形狀可變性。且操作簡便，聚合物電解質在電池、燃料敏化太陽能電池、超級電容器、化學傳感器和電致變色等領域受到廣泛關注。許多聚合物體系被用于研究固體溶劑對離子的作用機理，但是直到現在固體聚合物電解質仍然不能滿足工業(yè)化大規(guī)模生產的需要；低造價使聚合物薄膜電解質成為鋰離子電池制造中最有潛力的材料之一。
[0003]澆鑄法是一種使用廣泛，操作簡便，能夠獲得高質量，理想尺寸隔膜的成型方法。澆鑄法是將高分子基體，鋰鹽，無機粒子等成分加入到溶劑中，得到均勻混合穩(wěn)定的漿料，將其澆鑄在干凈平整的玻璃板或聚四氟乙烯上，得到均勻平鋪，性質均一穩(wěn)定的液層，真空干燥直至完全溶劑揮發(fā)即可，最終得到聚合物電解質膜。該法設備簡單、便于操作、生產效率高、工藝穩(wěn)定、因此在隔膜的材料制備與成型工藝中有廣泛的應用。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決鋰離子電池電解液漏液問題和固體電解質膜電導率不理想等問題，本發(fā)明提供一種制備PVdF/PVA/MMT固體聚合物電解質薄膜的方法。
[0005]本發(fā)明的制備PVdF/PVA/MMT固體聚合物電解質薄膜的方法，
它包括如下步驟。
[0006]步驟一:將待用的PVdF，PVA放置于干燥箱干燥處理。
[0007]步驟二:將 0.5g PVdF溶于 2-3ml DMF溶劑 15 小時，將 2wt %-6wt %MMT 溶于 l_2mlTHF溶劑15小時，二者混合后再繼續(xù)攪拌15小時保證高分子溶液均勻穩(wěn)定。
[0008]步驟三:將攪拌好的溶液超聲處理5-10分鐘。
[0009]步驟四:先將0.lg PVA溶于l-2ml DMF溶劑2小時，與混有PVdF和MMT的溶液繼續(xù)混合，加入適量鋰鹽并繼續(xù)攪拌6小時直至溶液均勻穩(wěn)定。
[0010]步驟五:重復步驟三，然后執(zhí)行步驟六。
[0011]步驟六:將攪拌好的高分子溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，根據不同的寬度與厚度需要，制作成不同厚度的紙條，外包透明膠帶，設定好水平寬度，固定在玻璃板上，做成簡易模型，然后澆鑄得到厚度均一的液層后放置直至沒有氣泡出現。
[0012]步驟七:將玻璃板放入真空干燥箱進行烘干處理，加熱溫度120°C，時間60min鐘后取出待用。在真空干燥前，在干燥箱里放置五氧化二磷，以便吸收蒸出的溶劑而不損害干燥箱。用14_的沖片機將薄膜沖成大小相同的圓片，以備裝電池時使用。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:長時間攪拌可以使聚合物PVdF、PVA溶解充分，MMT充分插入到PVdF基體中，得到的膜的薄厚和規(guī)格容易控制，制備方法簡單便捷，得到的薄膜機械性能良好，電化學性能比較理想，薄厚均勻，具有良好的物理外觀，成本較低。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA的SEM示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的SEM示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA薄膜的90°視角的AFM示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的90°視角的AFM示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的拉伸應力測試圖，橫坐標為位移，縱坐標為載荷。
[0019]圖6為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的熱重分析圖，橫坐標為溫度，縱坐標為失重率。
[0020]圖7為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜組裝成電池的線性伏安掃描圖，橫坐標為電位，縱坐標為電流。
[0021]圖8為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜組裝成電池的循環(huán)伏安圖，橫坐標為電位，縱坐標為電流。
[0022]圖9為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜組裝成電池的阻抗圖，橫坐標為阻抗實部，縱坐標為阻抗虛部。
[0023]圖10為本發(fā)明的【具體實施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜組裝成電池的充放電圖，橫坐標為循環(huán)次數，縱坐標為放電比容量。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]【具體實施方式】一:本實施方式所述的制備PVdF/PVA/MMT固體聚合物電解質薄膜的方法，制備PVdF/PVA/MMT固體聚合物電解質薄膜的方法，
它包括如下步驟。
[0026]步驟一:將待用的PVdF，PVA放置于干燥箱干燥處理。
[0027]步驟二:將 0.5g PVdF溶于 2-3ml DMF溶劑 15 小時，將 2wt%_6wt% MMT 溶于 l_2mlTHF溶劑15小時，二者混合再繼續(xù)攪拌15小時保證高分子溶液均勻穩(wěn)定。
[0028]步驟三:將攪拌好的溶液超聲處理5-10分鐘。
[0029]步驟四:事先將0.lg PVA溶于l-2ml DMF溶劑2小時，與混有PVdF和MMT的溶液繼續(xù)混合，加入適量鋰鹽并繼續(xù)攪拌6小時直至溶液均勻穩(wěn)定。
[0030]步驟五:重復步驟三，然后執(zhí)行步驟六。
[0031]步驟六:將攪拌好的高分子溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，將攪拌好的高分子溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，根據不同的寬度與厚度需要，制作成不同厚度的紙條，外包透明膠帶，設定好水平寬度，固定在玻璃板上，做成簡易模型，然后澆鑄得到厚度均一的液層后放置直至沒有氣泡出現。
[0032]步驟七:將玻璃板放入真空干燥箱進行烘干處理，加熱溫度120°C，時間60min鐘后取出待用。在真空干燥前，在干燥箱里放置五氧化二磷，以便吸收蒸出的溶劑而不損害干燥箱。用14_的沖片機將薄膜沖成大小相同的圓片，以備裝電池時使用。
[0033]本實施方式在稱量瓶中進行，避免空氣中的雜質污染溶液；
良好的電化學穩(wěn)定性、良好的電解液親和性、優(yōu)秀的機械性能使得PVdF很適合用來制備鋰離子電池隔膜。此外，PVdF還具有較高的介電常數和較低的玻璃化轉變溫度，有利于鋰鹽的解離，提高聚合物電解質體系內的載流子數目。因此PVdF是制備凝膠電解質較理想的聚合物。但是PVdF中晶區(qū)的存在限制了離子的傳導，因此需要對其進行改性，由于PVA分子含有較長支鏈，具有良好的柔順性，玻璃化溫度低，有很高的拉伸和抗沖擊強度，可以將PVA共混于PVdF中，破壞聚合物規(guī)整性，以提高鋰離子電解質膜的導電率。
[0034]此外，無機鹽類物質能在聚合的過程中受熱揮發(fā)，將孔道數目和直徑增加，插層作用和造孔作用都利于鋰離子的迀移，此