一種鋰離子電池用固態聚合物電解質膜的制作方法

本發明涉及固態聚合物電解質領域，具體涉及一種鋰離子電池用固態聚合物電解質膜。

背景技術：

進入21世紀以來，隨文明的進步和經濟的發展，人類對能源的需求與依賴越來越大，但傳統的化石能源面臨枯竭，人們對能源的需要則傾向于可持續、環境友好的新能源體系。在自然界中有很多可再生清潔能源，如太陽能、風能、潮汐能等，這些能源可以轉化為電能使用，其中以風能和太陽能為代表的新能源有一個共同的特點，即總量大，但分散、能量密度低、存在間歇性和隨機性，難以大規模被利用。因此，二次電池作為簡單高效的能量儲存和供給裝置，是目前電力儲備的最佳，并將在新能源的普及利用與發展中擔當重要角色，在這種研究背景下，作為一種綠色高能電池，鋰離子電池在適合能量儲存和供給的同時，與鉛酸電池，鎳-鎘電池等二次電池相比，鋰離子電池由于能量密度高、輸出電壓高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應等優點，在能源，材料，電化學等領域備受關注，被認為是最有發展潛力的電池。

目前，市場上常見的鋰離子電池是液態的，這種液態鋰離子電池存在漏液等安全問題，所以聚合物電解質被提出，用以避免傳統液態鋰離子電池的漏液問題，提高電池的安全性能和能量密度，并實現電池的薄化、輕便化和形狀可變。目前，聚合物電解質的研究集中在固體聚合物電解質，凝膠聚合物電解質兩大類。鋰離子電池的固態電解質要充當隔膜將電池的正負極隔開，又要在阻止電子傳遞的同時能夠傳導鋰離子。聚偏二氟乙烯基固態電解質由于具有基團-C-F-，使其有高的偶極矩和介電常數，能使鋰鹽離子化，并在化學阻抗、機械強度、與正負極的相容性上都有好的表現。有關類似于聚偏二氟乙烯基電解質研究較多，以下給出部分文獻：

發明專利授權公開號 CN 104610567A，2015.05.13

發明專利授權公開號 CN 105161761A，2015.12.16

發明專利授權公開號 CN 104810549A，2015.07.29。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供一種室溫電導率高，機械強度、循環性能好的鋰離子電池用固態聚合物電解質膜。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池用固態聚合物電解質膜，由聚偏二氟乙烯、纖維素醚、雙三氟甲磺酰亞胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI)、雙三氟甲磺酰亞胺基鋰與溶劑混合均勻后得到的混合液，澆注到干凈玻璃板上刮涂成膜后，真空干燥，得到固態聚合物電解質膜；

所述的纖維素醚用量為聚偏二氟乙烯質量的0.1~0.3倍；

所述的雙三氟甲磺酰亞胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI)用量為聚偏二氟乙烯質量的0.4~0. 9倍；

所述的雙三氟甲磺酰亞胺基鋰用量為聚偏二氟乙烯質量的0.2~0.8倍。

所述的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺與四氫呋喃中的一種。

所述的真空干燥是在0.08MPa的氣壓下，100~140℃溫度干燥1~2h。

本發明的有益效果在于：該固態聚合物電解質膜室溫電導率高，循環性能好。且該制備方法簡單，得到的固態聚合物電解質膜厚度均勻，機械強度良好。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式一制得的固態聚合物電解質膜的SEM圖；

圖2是本發明具體實施方式一制得的固態聚合物電解質膜的拉伸應力測試圖，橫坐標為位移，縱坐標為應力；

圖3是本發明具體實施方式一制得的固態聚合物電解質膜組裝成磷酸鐵鋰/電解質膜/金屬鋰電池在室溫下的放電比容量&效率與循環次數關系圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例，對本發明做詳細的描述。

具體實施方式一：制備一種鋰離子電池用固態聚合物電解質膜，將聚偏二氟乙烯1.0 g溶解于6mL N,N-二甲基甲酰胺中攪拌3 h，將纖維素醚0.2 g溶解于1-2 mL N,N-二甲基甲酰胺中攪拌3 h，二者混合加入雙三氟甲磺酰亞胺基鋰0.3 g，雙三氟甲磺酰亞胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI) 0.75 g，60℃水浴攪拌6 h形成均勻溶液后，將溶液澆注在干凈玻璃板上涂膜，溫度100~140℃，氣壓0.08 MPa條件下干燥1~2 h后，即得所述固體聚合物電解質膜，利用電化學工作站測試，并計算得到所述固態聚合物電解質膜的電導率為2.36×10^-4 S/cm。

從圖1可以觀察到，本實施方式中制得的鋰離子電池用固態聚合物電解質膜的孔隙率和孔徑理想，滿足鋰離子的穿梭。

從圖2可以得出結論，本實施方式中制得的鋰離子電池用固態聚合物電解質膜的最大拉伸強度可達44.89 MPa。

本實施方式制得的鋰離子電池用固態聚合物電解質膜組裝成的磷酸鐵鋰/電解質膜/金屬鋰電池在室溫下的放電比容量&效率與循環次數關系圖如圖3所示，在0.5C倍率下，首次放電比容量111.2 mAh/g，130次循環后，放電比容量112.9 mAh/g；庫倫效率達到100%。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內作出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。