CN106848395B - 一种低成本固体电解质薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本固体电解质薄膜，其特征在于，由聚合物基体、双三氟甲磺酰亚胺基锂和柠檬酸以5:1:0.05的质量比组成，聚合物基体是聚偏二氟乙烯：聚氯乙烯质量比为4:1的混合物。本发明所述的低成本固体电解质薄膜有好的电化学性能，用该低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/锂电池测试，计算得到锂离子迁移数为0.53；组装成锂/电解质膜/磷酸铁锂电池在室温下测试，0.2C倍率充放电，在第6个循环后放电比容量稳定在150.81mAh/g，效率稳定在70%。

Description

一种低成本固体电解质薄膜
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种低成本固体电解质薄膜。
背景技术
随着全球范围内对于能源需求的增长，石油、天然气等化石能源储量日益衰减，寻找替代能源成为当务之急。当前，地球上超过80%的能量是由化石能源提供的，而在本世纪末，人类对于能源的需求将至少增至现如今的三倍。反观我们赖以生存的环境，化石燃料在燃烧后向大气中释放大量的温室气体，随之全球气候变暖现象越发普遍，并且逐渐影响到人们的日常生活，当然也引发了诸多恶劣气候。当今世界电能已逐渐成为全球大的能源商品，电能需求的增长暗示着基于电能的科技与技术的应用的高速增长，这也有利于全球经济的积极地发展。
对可再生能源的探索，旨在减小人类的生存和发展对化石能源的依赖，例如太阳能、地热能、水力发电、风能、核能以至于生物能源等。例如在巴西，人们将甘蔗用生物质转化的方法转变成酒精为汽车提供能量。尽管替代能源仍然在研究中并在一定领域中得到应用，但这些新能源的应用都不可避免一个关键的问题—能量的储存。因而锂离子电池等储能装置应运而生，这将有助于对现有能源的有效利用。
锂离子电池作为储能装置，拥有较高的能量密度、较高的工作电压、质量轻，并在使用时能实现大倍率放电。锂离子电池有一个较为关键的部件，它需要隔开正负极以防止在充放电过程中突发性的短路，既电解质，能够让Li+透过的媒介。传统液态电解质为锂盐溶于无水溶剂中而形成的电解质体系。液态电解质有以下优点：离子电导率较高、热稳定性较好、电化学稳定窗口较宽和化学稳定性较好等。尽管如此，由于液态电解质需要有机溶剂，容易发生泄漏、若电池因短路等因素而使电池温度过高时可能会导电池燃烧甚至爆炸。而且若用有机溶剂做为锂离子电池的电解质，会促进锂枝晶生长，枝晶能够穿破隔膜发生短路。因而使用液态电解质有安全隐患。聚合物电解质既能起到溶剂的作用，使Li+解离出来，并在其中迁移；又能起到隔膜的作用，防止正极与负极间直接接触发生短路现象。此外，聚合物基电解质中没有溶剂（即固态聚合物基电解质）或含有很少的溶剂（即凝胶聚合物基电解质），因而可避免电解液泄漏现象，且无毒，不会发生爆炸，能在一定程度上抑制锂枝晶的生长，使电池的可设计性增强，从而可以使电池做的很薄。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种低成本固体电解质薄膜。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低成本固体电解质薄膜，其特征在于：所述低成本固体电解质薄膜由聚合物基体、双三氟甲磺酰亚胺基锂、柠檬酸与溶剂混合均匀得到的混合溶液，将其浇铸到干净的玻璃板上，刮涂成所需厚度的膜，放入真空干燥箱，真空干燥，得到低成本固体电解质薄膜：
所述的聚合物基体：双三氟甲磺酰亚胺基锂：柠檬酸的质量比为5: 1: 0.05。
所述的聚合物基体是质量比为聚偏二氟乙烯：聚氯乙烯=4:1的混合物。
所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃中的一种。
所述的真空干燥是在0.08MPa的气压下，100～120℃温度干燥1～1.5h。
本发明的有益效果在于：该低成本固体电解质薄膜具有较高的锂离子迁移数及放电比容量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一制得的低成本固体电解质薄膜的SEM图；
图2是本发明具体实施方式一制得的低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/磷酸铁锂电池的循环伏安图；
图3是本发明具体实施方式一制得的低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/磷酸铁锂电池室温下的放电比容量&效率与循环次数关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。
具体实施方式一：制备一种低成本固体电解质薄膜，将聚偏二氟乙烯0.4g与聚氯乙烯0.1g混合物溶解于4.5mL N,N-二甲基甲酰胺中搅拌2h后，加入0.1g双三氟甲磺酰亚胺基锂和0.05g柠檬酸，在60℃水浴下恒温搅拌20min后继续搅拌10h得到均匀溶液，将溶液浇注到干净的玻璃板上，刮涂成所需厚度的膜，放入真空干燥箱，0.08MPa的气压下，100～120℃温度干燥1～1.5h后，即得所述的一种低成本固体电解质薄膜。
将本实施方式制得的低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/锂电池，利用电化学工作站测试，并计算得到的锂离子迁移数为0.53。
图1是本发明具体实施方式一制得的低成本固体电解质薄膜的SEM图，从图1中可以观察到薄膜的透明度和柔韧性好。
图2是是本发明具体实施方式一制得的低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/磷酸铁锂电池的循环伏安图，从图2中可以看出循环2次后的循环伏安重合性较好，证明该薄膜组装成的电池循环稳定性较好。
将本实施方式制得的低成本固体电解质薄膜组装成锂/电解质膜/磷酸铁锂电池在室温下的放电比容量&效率与循环次数关系图如图3所示，在0.2C倍率下，进行充放电，在第6个循环后放电比容量稳定在150.81mAh/g，效率稳定在70%。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内作出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种低成本固体电解质薄膜，其特征在于：所述低成本固体电解质薄膜由聚合物基体、双三氟甲磺酰亚胺基锂、柠檬酸与溶剂混合均匀得到的混合溶液，将其浇铸干净的玻璃板上，刮涂成所需厚度的膜，放入真空干燥箱，真空干燥，得到低成本固体电解质薄膜：
所述的聚合物基体：双三氟甲磺酰亚胺基锂：柠檬酸的质量比为5:1:0.05；所述的聚合物基体是质量比为聚偏二氟乙烯：聚氯乙烯＝4:1的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种低成本固体电解质薄膜，其特征在于：所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种低成本固体电解质薄膜，其特征在于：所述的真空干燥是在0.08MPa的气压下，100～120℃温度干燥1～1.5h。
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