CN107425219B - 一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法 - Google Patents

一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法，本发明中二氧化硅与膨胀石墨可构成三维网格结构，促进了电解质的内扩散和离子的迁移，形成的丰富介孔孔道可以为离子迁移提供了足够的空间和通道，使复合固体电解质表现出较高的离子传导特性，其中离子液体电解质被原位限制在孔道网络结构中，形成的这种固态化电解质可以很好地维持电池结构的稳定性，防止漏液。

Description

一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及一种固体电解质材料领域，具体涉及一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法。
背景技术
随着电子设备和电动工具的蓬勃发展，特别是纯电动和混合电动汽车的开发，人们对装载电源的要求越来越高。固态化锂离子电池是新一代锂离子电池，它包含固态化电解质，替代了有机电解液，对解决传统锂离子电池可能存在的漏液和易燃等安全问题具有重大意义，便于设计加工，可制备成薄膜电池，具有更高的比能量。因此，固态化锂离子电池也被认为是新一代装载动力电源，具有广大的应用前景。然而，开发出高性能的固态化电解质是实现固态化锂离子电池实际应用的一个重大挑战。
膨胀石墨是一种软质新型碳素材料，它是70年代首先由美国联合碳化物公司开发，压制成用于高温或防腐蚀介质的密封材料，之后相继发现了膨胀石墨优良的导电、导磁、超导、储氢、吸附等性能；并相应的开发应用于高导材料、超导材料、电池材料、催化剂材料、储氢材料、密封材料、吸附材料等领域。本发明中利用膨胀石墨的多孔网络结构吸附电解液液体成分组成准固态材料，取代电解质溶液，可有效解决漏液、稳定性差等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法，有效解决液体电解质漏液、稳定性差等问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法，其制备工艺如下：
（1）称取6-12份鳞片石墨缓慢加入到40-70份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入9-18份高锰酸钾，在30-40℃水浴温度下，间歇搅拌1-2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为15-25s，得到膨胀石墨；
（2）离子液体电解质的配制：
称取6-12份双三氟甲基磺酸亚酰胺锂完全溶解到12-26份1-丁基-3-甲基咪唑双三氟磺酰亚胺盐离子液体中形成离子液体电解质；
（3）称取9-15份正硅酸乙酯加入到80-120份甲酸中，搅拌8-15分钟，待形成清液后加入上述膨胀石墨，超声分散20-30分钟，然后加入上述配制好的离子液体电解质，超声分散1-3分钟，得到电解液凝胶液；
（4）立即将上述电解液凝胶液注入到圆柱型的不锈钢模具中，静置20-30分钟后开始形成凝胶，静置2-3天以保证其完全的凝胶化，形成圆形的复合凝胶电解质膜，之后将其置于真空干燥箱中干燥2-4天，即得。
其中，步骤（1）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为900-980℃。
其中，所述步骤（4）中真空干燥温度为60-80℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明中使用高锰酸钾和浓硫酸氧化插层天然鳞片石墨，在石墨层间引入了羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，之后在微波场作用下，石墨内部含氧基团热分解，产生CO、CO2和H2O等气体，产生的冲击力导致石墨片层急速膨胀，石墨层片层被撑开，进一步增大石墨层间距，减弱层间范德华力，有效的减缓了氧化石墨烯的层叠、团聚问题，大大提高了石墨烯的比表面积，为电解质液体组分提供较大的吸附空间，表现出较高的离子传导能力。
（2）本发明中二氧化硅与膨胀石墨可构成三维网格结构，促进了电解质的内扩散和离子的迁移，形成的丰富介孔孔道可以为离子迁移提供了足够的空间和通道，使复合固体电解质表现出较高的离子传导特性，其中离子液体电解质被原位限制在孔道网络结构中，形成的这种固态化电解质可以很好地维持电池结构的稳定性，防止漏液。
具体实施方式
一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法，其制备工艺如下：
（1）称取7份鳞片石墨缓慢加入到40份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入9份高锰酸钾，在35℃水浴温度下，间歇搅拌2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为20s，得到膨胀石墨；
（2）离子液体电解质的配制：
称取12份双三氟甲基磺酸亚酰胺锂完全溶解到24份1-丁基-3-甲基咪唑双三氟磺酰亚胺盐离子液体中形成离子液体电解质；
（3）称取7份正硅酸乙酯加入到100份甲酸中，搅拌10分钟，待形成清液后加入上述膨胀石墨，超声分散20分钟，然后加入上述配制好的离子液体电解质，超声分散2分钟，得到电解液凝胶液；
（4）立即将上述电解液凝胶液注入到圆柱型的不锈钢模具中，静置30分钟后开始形成凝胶，静置3天以保证其完全的凝胶化，形成圆形的复合凝胶电解质膜，之后将其置于真空干燥箱中干燥3天，即得。
其中，步骤（1）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为950℃。
其中，所述步骤（4）中真空干燥温度为70℃。

Claims (1)

1.一种固态化锂二次电池用纳米复合凝胶电解质的制备方法，其特征在于，其制备工艺如下：
（1）称取6-12份鳞片石墨缓慢加入到40-70份浓硫酸中，在搅拌条件下缓慢加入9-18份高锰酸钾，在30-40℃水浴温度下，间歇搅拌1-2小时，用去离子水洗涤至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨，之后将干燥后的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，膨胀时间为15-25s，得到膨胀石墨；
（2）离子液体电解质的配制：
称取6-12份双三氟甲基磺酸亚酰胺锂完全溶解到12-26份1-丁基-3-甲基咪唑双三氟磺酰亚胺盐离子液体中形成离子液体电解质；
（3）称取9-15份正硅酸乙酯加入到80-120份甲酸中，搅拌8-15分钟，待形成清液后加入上述膨胀石墨，超声分散20-30分钟，然后加入上述配制好的离子液体电解质，超声分散1-3分钟，得到电解液凝胶液；
（4）立即将上述电解液凝胶液注入到圆柱型的不锈钢模具中，静置20-30分钟后开始形成凝胶，静置2-3天以保证其完全的凝胶化，形成圆形的复合凝胶电解质膜，之后将其置于真空干燥箱中干燥2-4天，即得；
步骤（1）中所述的微波膨胀具体条件为：微波炉功率为10kW，温度为900-980℃；
所述步骤（4）中真空干燥温度为60-80℃。
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