CN105336981A - 一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，1)取原材料增塑剂、聚环氧乙烷、PEG、锂盐，加入乙腈确保固体物质完全溶解后搁置1-2天，取名为A溶液；2)取适量甘油至容器中再缓慢加入A溶液静置，溶液形成薄膜并放置1天，取出薄膜在温度为0～50℃条件下烘干，得到固体电解质薄膜。本方法可以通过甘油容器的设计精确地控制电解质的大小、形状、厚度，并且通过分子扩散成膜法一步合成固态电解质薄膜，无需附着在其他物质上面，成膜时间短，成膜质量稳定，操作简单，利于规模化生产。由该固态电解质制造的锂电池的充放电性能稳定，具有使用寿命长，充放电次数多，电池容量大等特点。

Description

一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法
技术领域
本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种制备薄膜锂电池固态电解质的方法。
背景技术
随着科技的进步和新材料的发现，人们开发出了各种类的电池，随着手机和笔记本电脑等便携式电器的问世，对电池的高性能化和小型轻量化等的需求显得越来越强烈，为满足这种需求，锂离子型电池以能量密度高，能够迅速充电等特点逐步引起人们的高度关注，并也得到了广泛使用。在一次电池或二次电池和电容器等电化学元件中，大多使用液体电解质来作为制造新电池的导电原材料，但液体的电解质具有液漏的危险或者缺少长时间的稳定性的缺点以及易腐蚀、易燃烧、安全性差与可靠性低等问题。它不能完全满足规模化工业储能在安全性方面的要求。
1973年Wright等人首次发现了聚氧化乙烯(PEO)与碱金属锂、钠盐络合具有离子导电子的现象，从而使固体电解质膜的研究进入一个新的阶段，以非可燃性固体电解质取代传统锂离子电池中液态电解质，实现电能与化学能转换的新型高安全性锂电池。所谓全固态薄膜锂电池，即是在衬底上将电池的各组成要素按照正极、电解质、负极的顺序依次制备成薄膜，最后封装就构成了一个整电池。
当前固体电解质膜的制备多采用溶液浇注、热压法、光引发聚合法、热引发聚合法等方法，这些方法都需要无纺布或是隔膜做基底进而制备出固态薄膜。但这些方法会存在制备设备昂贵、工艺繁琐以及制膜效率低等问题，因此如何研制开发出一种不需要基底制备固态薄膜的方法是推动技术发展的有效手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，步骤如下：
1)取原材料增塑剂、聚环氧乙烷、锂盐，加入乙腈确保固体物质完全溶解后搁置1-2天，取名为A溶液；
2)取适量甘油至容器中再缓慢加入A溶液静置，溶液形成薄膜并放置1天，取出薄膜在温度为0～50℃条件下烘干，得到固体电解质薄膜。
优选的，所述增塑剂为聚乙二醇、聚苯乙烯、琥珀腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种。
优选的，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、硫酸锂、氯化锂、溴化锂、硝酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、六氟砷酸锂、草酸二氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。
优选的，按质量比，所述增塑剂、聚环氧乙烷、锂盐的加入比例为：1.5-4.2：5-7：0.8-1.5。
优选的，所述步骤2)取出薄膜可按如下方式进行：向容器中再次缓慢加入甘油，使得薄膜浮于液面之上，取出薄膜并去除甘油。
优选的，所述容器可根据需求的薄膜厚度和膜的几何形状进行选择确定。
本发明的有益效果在于：本项发明利用分子扩散成膜技术将电解质材料在一定的液体溶剂中进行分子扩散成膜。本方法可以精确地控制电解质的大小、形状、厚度，并且利用分子扩散成膜原理一步合成固态电解质薄膜，成膜时间短，成膜质量稳定，生产效率高，操作简单，利于规模化生产，大大简化了固态电解质薄膜的制备工艺。由该固态电解质制造的锂电池的充放电性能稳定，具有使用寿命长，充放电次数多，电池容量大等特点。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
取PEG(聚乙二醇)，PEO(聚环氧乙烷)，LiClO4三种原材料，三种原材料的比例为3：6：1，加入一定比例的乙腈溶解完全之后搁置1-2天，确保固体物质完全溶解，取名为A溶液。
取一洁净的蒸发皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，缓慢的加入A溶液，置于水平桌面上，1h便可形成薄膜。将上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干净的滤纸上，在干燥箱中低温下烘干，温度不得高于50℃，得到固体电解质薄膜。
性能测试：
切取大约1cm2电解质薄膜，置于电池壳体中测试所制备材料的交流阻抗，通过阻抗谱发现，室温下该固体电解质薄膜电导率为8*10-5S*cm-1。用不锈钢工作电极和金属锂参比电极测出电化学稳定窗口为4.8V。
实施例2
取PEG(聚乙二醇)，PEO(聚环氧乙烷)，LiNO3(硝酸锂)三种原材料，30：55：15，加入一定比例的乙腈溶解完全之后搁置1-2天，确保固体物质完全溶解，取名为A溶液。
取一洁净的蒸发皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，缓慢的加入A溶液，置于水平桌面上，1h便可形成薄膜。将上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干净的滤纸上，在干燥箱中低温下烘干，温度不得高于50℃，得到固体电解质薄膜。
性能测试：
切取大约1cm2电解质薄膜，置于电池壳体中测试所制备材料的交流阻抗，通过阻抗谱发现，室温下该固体电解质薄膜电导率为1.1*10-6S*cm-1。用不锈钢工作电极和金属锂参比电极测出电化学稳定窗口为4.7V。
实施例3
取PPS(聚苯乙烯)，PEO(聚环氧乙烷)，LiClO4三种原材料，三种原材料的比例为25：60:15加入一定比例的乙腈溶解完全之后搁置1-2天，确保固体物质完全溶解，取名为A溶液。
取一洁净的蒸发皿，加入5-8mL的甘油(丙三醇)，待甘油液面水平，缓慢的加入A溶液，置于水平桌面上，1h便可形成薄膜。将上述薄膜放置1天，取出薄膜并去除甘油，置于干净的滤纸上，在干燥箱中低温下烘干，温度不得高于50℃，得到固体电解质薄膜。
性能测试：
切取大约1cm2电解质薄膜，置于电池壳体中测试所制备材料的交流阻抗，通过阻抗谱发现，室温下该固体电解质薄膜电导率为2.3*10-6S*cm-1。用不锈钢工作电极和金属锂参比电极测出电化学稳定窗口为4.6V。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于，步骤如下：
1)取原材料增塑剂、聚环氧乙烷、锂盐，加入乙腈确保固体物质完全溶解后搁置1-2天，取名为A溶液；
2)取适量甘油至容器中再缓慢加入A溶液静置，溶液形成薄膜并放置1天，取出薄膜在温度为0～50℃条件下烘干，得到固体电解质薄膜。
2.根据权利要求1所述一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于：所述增塑剂为聚乙二醇、聚苯乙烯、琥珀腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、硫酸锂、氯化锂、溴化锂、硝酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、六氟砷酸锂、草酸二氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于：按质量比，所述增塑剂、聚环氧乙烷、锂盐的加入比例为：1.5-4.2：5-7：0.8-1.5。
5.根据权利要求1所述一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于：所述步骤2)取出薄膜可按如下方式进行：向容器中再次缓慢加入甘油，使得薄膜浮于液面之上，取出薄膜并去除甘油。
6.根据权利要求1所述一种分子成膜制备薄膜锂电池固态电解质的方法，其特征在于，所述容器可根据需求的薄膜厚度和膜的几何形状进行选择确定。
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