凝膠聚合物電解質及其制備方法
【專利摘要】一種凝膠聚合物電解質，凝膠基體、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚氧化乙烯及分散在所述聚氧化乙烯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚氧化乙烯與所述介孔分子篩MCM-41的質量比為20∶1~20∶3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚氧化乙烯與所述鋰鹽的質量比為25∶3~25∶10，所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯混合形成，所述溶劑與所述聚氧化乙烯的質量比為1.2∶1~0.5∶1。該凝膠聚合物電解質的電導率較高。本發明還提供一種凝膠聚合物電解質的制備方法。
【專利說明】凝膠聚合物電解質及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種凝膠聚合物電解質及其制備方法。
【背景技術】
[0002]凝膠聚合物電解質鋰離子電池因具有安全、無泄漏、漏電流小等優點而被研究者們所重視。凝膠聚合物電解質是一種新型的功能高分子材料，可同時作為隔膜和電解質材料，可使電池薄形化，從而提高電池造型設計的靈活性。目前，凝膠聚合物電解質的電導率較低。
【發明內容】
[0003]基于此，有必要提供一種電導率較高的凝膠聚合物電解質及其制備方法。
[0004]一種凝膠聚合物電解質，包括:凝膠基體、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚氧化乙烯及分散在所述聚氧化乙烯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚氧化乙烯與所述介孔分子篩MCM-41的質量比為20:廣20:3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚氧化乙烯與所述鋰鹽的質量比為25:3^25:10， 所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯混合形成，所述溶劑與所述聚氧化乙烯的質量比為1.2:1-0.5:1。
[0005]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ m-10 μ m。
[0006]在其中一個實施例中，所述聚氧化乙烯的分子量為10萬~100萬。
[0007]一種凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]將聚氧化乙烯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在300C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚氧化乙烯與所述介孔分子篩MCM-41的質量比為20:1~20:3 ；
[0009]除去所述漿料中的有機溶劑得到凝膠基體；
[0010]將所述凝膠基體浸入含有鋰鹽的電解液中以吸附鋰鹽及所述電解液中的溶劑，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯混合形成；及
[0011]將吸附有所述鋰鹽及所述溶劑的凝膠基體取出得到凝膠聚合物電解質，所述聚氧化乙烯與吸附的鋰鹽的質量比為25:3^25:10，吸附的溶劑與所述聚氧化乙烯的質量比為1.2:1~0.5:1。
[0012]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩的粒徑為3 μ m-10 μ m。
[0013]在其中一個實施例中，所述電解液中所述鋰鹽的濃度為0.5mol/n.5mol/L。
[0014]在其中一個實施例中，將所述凝膠基體浸入所述電解液中5分鐘~60分鐘以吸附鋰鹽。
[0015]在其中一個實施例中，將漿料澆鑄在玻璃板上，然后在40°C~80°C下真空干燥以除去有機溶劑。[0016]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0017]將十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺攪拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺與所述乙二胺的質量比為1:4~1:2.5 ;
[0018]向所述均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅體；及
[0019]除去所述前驅體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
[0020]在其中一個實施例中，將前驅體在400°C-600°C下焙燒3小時~10小時以除去
十六烷基三甲基溴化胺。
[0021]上述凝膠聚合物電解質及其制備方法，通過加入介孔分子篩MCM-41提高了該凝膠聚合物電解質的電導率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為一實施方式的凝膠聚合物電解質的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對凝膠聚合物電解質及其制備方法進一步闡明。
[0024]一實施方式的凝膠聚合物電解質，包括凝膠基體、吸附至凝膠基體的鋰鹽及溶劑。凝膠基體包括聚氧化乙烯(PEO)及分散在所述聚氧化乙烯中的介孔分子篩MCM-41。聚氧化乙烯與介孔分子篩MCM-41的質量比為20:廣20:3。鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)及三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)中的至少一種，聚氧化乙烯與鋰鹽的質量比為25:3^25:10。溶劑由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸丙烯酯(PC)混合形成，溶劑與聚氧化乙烯的質量比為1.2:1-0.5:1。
[0025]優選的，聚氧化乙烯的分子量為10萬~100萬。
[0026]優選的，凝膠基體為厚度為50 μ m-200 μ m的凝膠薄膜。
[0027]優選的，PC、DMC、EMC的體積比為1: (1~3): (2~5)。
[0028]優選的，介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ m-10 μ m。
[0029]本實施方式中，介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0030]步驟一、將十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺(EDA)攪拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺與乙二胺的質量比為1:41:2.5。
[0031]步驟二、向均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅體。
[0032]步驟三、除去前驅體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
[0033]優選的，使用去離子水將得到的固體物洗滌至中性。
[0034]優選的，在40°C~70°C下干燥。
[0035]優選的，十六烷基三甲基溴化胺與水的固液比為Ig: 10ml~7g:60ml。
[0036]優選的，正硅酸乙酯與十六烷基三甲基溴化胺的質量比為1:1-1:1.4。
[0037]優選的，將前驅體在400°C-600°C下焙燒3小時~10小時以除去十六烷基三甲基溴化胺。
[0038]上述凝膠聚合物電解質中，通過加入介孔分子篩MCM-41，使得該凝膠聚合物電解質的電導率較高且使用該凝膠聚合物電解質的鋰離子電池的比容量較高。
[0039]請參閱圖1，上述凝膠聚合物電解質的制備方法，包括以下步驟:
[0040]步驟S210、將聚氧化乙烯溶于有機溶劑中并攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，聚氧化乙烯與介孔分子篩MCM-41的質量比為20:1~20:3。
[0041]優選的，有機溶劑選自氯仿、二氯甲烷及乙腈(AN)中的至少一種。
[0042]優選的，聚氧化乙烯與有機溶劑的固液比為Ig:4π1~2δ:3ml。
[0043]優選的，聚氧化乙烯的分子量為10萬~100萬。
[0044]優選的，介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ π1~1Ο μ m。
[0045]本實施方式中，介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0046]步驟一、將十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺(EDA)攪拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺與乙二胺的質量比為1:41:2.5。
[0047]優選的，十六烷基三甲基溴化胺與水的固液比為Ig: 10ml~7g:60ml。
[0048]步驟二、向均相溶 液中緩慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅體。
[0049]該步驟中，發生如下反應:
[0050]
【權利要求】
1.一種凝膠聚合物電解質，其特征在于，包括:凝膠基體、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚氧化乙烯及分散在所述聚氧化乙烯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚氧化乙烯與所述介孔分子篩MCM-41的質量比為20:廣20:3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚氧化乙烯與所述鋰鹽的質量比為25:3^25:10，所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯混合形成，所述溶劑與所述聚氧化乙烯的質量比為1.2:f0.5:1。
2.根據權利要求1所述的凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μm~1Ο μ m。
3.根據權利要求2所述的凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述聚氧化乙烯的分子量為10萬~100萬。
4.一種凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將聚氧化乙烯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚氧化乙烯與所述介孔分子篩MCM-41的質量比為20:1~20:3 ； 除去所述漿料中的有機溶劑得到凝膠基體； 將所述凝膠基體浸入含有鋰鹽的電解液中以吸附鋰鹽及所述電解液中的溶劑，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯混合形成 '及 將吸附有所述鋰鹽及所述溶劑的凝膠基體取出得到凝膠聚合物電解質，所述聚氧化乙烯與吸附的鋰鹽的質量比為25:3^25:10,吸附的溶劑與所述聚氧化乙烯的質量比為1.2:1~0.5:1。
5.根據權利要求4所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩的粒徑為3 μ m~1Ο μ m。
6.根據權利要求4所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，所述電解液中所述鋰鹽的濃度為0.5mol/L^l.5mol/L。
7.根據權利要求4所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，將所述凝膠基體浸入所述電解液中5分鐘飛O分鐘以吸附鋰鹽。
8.根據權利要求4所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，將漿料澆鑄在玻璃板上，然后在40°C~80°C下真空干燥以除去有機溶劑。
9.根據權利要求4所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備: 將十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺攪拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺與所述乙二胺的質量比為1:4~1:2.5 ; 向所述均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅體；及 除去所述前驅體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
10.根據權利要求9所述的凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，將前驅體在4000C飛00°C下焙燒3小時~10小時以除去十六烷基三甲基溴化胺。
【文檔編號】H01M10/0565GK103682422SQ201210327410
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月6日 優先權日:2012年9月6日
【發明者】周明杰, 劉大喜, 王要兵, 鐘玲瓏 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司