CN107546411B - 一种电解质膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解质膜，其制备材料包括锂盐、聚合物材料、快离子导体陶瓷材料；所述锂盐、聚合物材料的质量比为：1:4‑1:20。本发明还公开了一种电解质膜的制备方法。

Description

一种电解质膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池电解质膜等领域，具体为一种电解质膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池自20世纪90年代第一次商业化以来，因其能量密度高、输出功率大、无记忆效应、环境友好、循环性能优异等优点，已经被广泛应用于移动通讯、数码产品、无人机等各个领域，现已经慢慢推广在储能和电动汽车领域，并极有可能成为电动汽车的主要动力来源。
由于现阶段锂离子电池广泛使用液态有机电解液，其安全问题始终未得到根本性地改善。全固态电池作为一种新型锂离子电池，可以从根本上解决传统液态锂电池安全性问题。当前固态电池主要难题在于电解质与极片之间的界面相容性，而采用无机填料改性的聚合物电解质是解决界面问题行之有效的方案。无机粉末填充有机聚合物通常在溶剂中完成，而无机粉末密度比有机物大，且易发生团聚，通常在配制聚合电解质浆料时候通过超声或搅拌不会发生沉淀，但制膜后溶剂挥发时，无机物会沉降到聚合物膜底部，导致膜两侧无机填充不均匀，影响电解质膜性能发挥。
发明内容
本发明的目的是：提供一种电解质膜，为无机-有机复合电解质膜，以消除现有技术中的至少一项技术缺陷。
实现上述目的的技术方案是：一种电解质膜，其制备材料包括锂盐、聚合物材料、快离子导体陶瓷材料；所述锂盐、聚合物材料的质量比为：1:4-1:20。
在本发明一较佳实施例中，所述锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI和LiClO4中的至少一种。
在本发明一较佳实施例中，所述聚合物材料为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈基、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
在本发明一较佳实施例中，所述快离子导体陶瓷材料为锂镧钛氧、锂镧锆氧、偏铝酸锂中的至少一种。
在本发明一较佳实施例中，所述快离子导体陶瓷材料为纳米或亚微米级材料。
本发明的第二目的是：提供一种电解质膜的制备方法，通过将具有快离子导体功能的陶瓷粉末均匀分散聚合物溶剂内，在混合浆料喷出瞬间凝结成丝，聚合物依然包裹无机粉末，达到无机-有机复合电解质均匀成膜的目的。
实现第二目的的技术方案是：一种电解质膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)将所述的制备材料配置成混合溶液；步骤S2)利用所述混合溶液进行气纺丝，得到纺丝纤维膜；步骤S3)压制所述纺丝纤维膜，得到宏观上的无孔膜；步骤S4)烘干或干燥所述无孔膜得到所述电解质膜。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤S1)包括以下步骤：步骤S11)获取聚合物材料、锂盐以及有机溶剂，并依次将聚合物材料、锂盐溶解至所述有机溶剂，在温度35℃-60℃条件下加热搅拌至均匀混合，得到初始溶液；步骤S12)获取快离子导体陶瓷材料，并将所述快离子导体陶瓷材料加入至初始溶液中并通过超声波分散，在温度35℃-60℃条件下加热搅拌至均匀混合，得到混合溶液。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤S3)中的压制条件为：压强为1-5MPa，温度为40℃-80℃。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤S4)中的烘干或干燥条件为：温度为45℃-70℃，烘干或干燥时间为12h-24h。
本发明的优点是：本发明的电解质膜及其制备方法，通过将具有快离子导体功能的陶瓷粉末均匀分散聚合物溶剂内，在混合浆料喷出瞬间凝结成丝，聚合物依然包裹无机粉末，达到无机-有机复合电解质均匀成膜的目的，同时，有效的解决了现有技术中因无机粉末密度比有机物大，且易发生团聚而导致的膜两侧无机填充不均匀，影响电解质膜性能发挥等问题，有效的提高了电解质膜的性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1为实施例1气纺丝得到的锂镧钛氧陶瓷粉复合纤维图；
图2为实施例2气纺丝得到的锂镧锆氧陶瓷粉复合纤维图。
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。
一种电解质膜，其制备材料包括锂盐、聚合物材料、快离子导体陶瓷材料；所述锂盐、聚合物材料的质量比为：1:4-1:20。
其中，所述锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI和LiClO4中的至少一种。所述聚合物材料为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈基、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。所述快离子导体陶瓷材料为锂镧钛氧、锂镧锆氧、偏铝酸锂中的至少一种。所述快离子导体陶瓷材料为纳米或亚微米级材料。
制备所述电解质膜的制备方法具体包括以下步骤。
步骤S1)将所述的制备材料配置成混合溶液；所述步骤S1)包括以下步骤：步骤S11)获取聚合物材料、锂盐以及有机溶剂，并依次将聚合物材料、锂盐溶解至所述有机溶剂，在温度35℃-60℃条件下加热搅拌至均匀混合，得到初始溶液；步骤S12)获取快离子导体陶瓷材料，并将所述快离子导体陶瓷材料加入至初始溶液中并通过超声波分散，在温度35℃-60℃条件下加热搅拌至均匀混合，得到混合溶液。
步骤S2)利用所述混合溶液进行气纺丝，得到纺丝纤维膜；
步骤S3)压制所述纺丝纤维膜，得到宏观上的无孔膜；所述步骤S3)中的压制条件为：压强为1-5MPa，温度为40℃-80℃。
步骤S4)烘干或干燥所述无孔膜得到所述电解质膜。所述步骤S4)中的烘干或干燥条件为：温度为45℃-70℃，烘干或干燥时间为12h-24h。
下面结合具体实施例，为本发明作进一步说明。
实施例1
步骤S1)将所述的制备材料配置成混合溶液；所述步骤S1)包括以下步骤：步骤S11)称取18g的50万分子量的聚氧化乙烯、8g的LiTFSI、600mL无水乙醇，并将聚氧化乙烯、LiTFSI溶解至所述无水乙醇，在温度38℃条件下加热搅拌2h至均匀混合，得到初始溶液。
步骤S12)称取14g的锂镧钛氧粉体(D50为500nm)，加入无水乙醇200mL，600W超声波震荡并搅拌分散30min，并将所锂镧钛氧粉体加入至初始溶液中并通过超声波分散，在温度38℃条件下加热搅拌10h至均匀混合，得到混合溶液。
步骤S2)利用所述混合溶液进行气纺丝，得到纺丝纤维膜。
步骤S3)压制所述纺丝纤维膜，得到宏观上的无孔膜；所述步骤S3)中的压制条件为：压强为3MPa，温度为60℃。
步骤S4)烘干或干燥所述无孔膜得到所述电解质膜。所述步骤S4)中的烘干或干燥条件为：真空烘箱内的温度为50℃，烘干或干燥时间为24h。
实施例2
步骤S1)将所述的制备材料配置成混合溶液；所述步骤S1)包括以下步骤：步骤S11)称取12g的130万分子量的聚氧化乙烯、4g的LiClO4、500mL无水乙醇，并依次将聚氧化乙烯、LiTFSI溶解至所述无水乙醇，在温度50℃条件下加热搅拌4h至均匀混合，得到初始溶液。
步骤S12)称取20g锂镧锆氧粉体(D50为500nm)，加入无水乙醇100mL，100W超声波震荡并搅拌分散60min，并将所述锂镧锆氧粉体加入至初始溶液中并通过超声波分散，在温度38℃条件下加热搅拌5h至均匀混合，得到混合溶液。
步骤S2)利用所述混合溶液进行气纺丝，得到纺丝纤维膜。
步骤S3)压制所述纺丝纤维膜，得到宏观上的无孔膜；所述步骤S3)中的压制条件为：压强为5MPa，温度为50℃。
步骤S4)烘干或干燥所述无孔膜得到所述电解质膜。所述步骤S4)中的烘干或干燥条件为：真空烘箱内的温度为60℃，烘干或干燥时间为20h。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1)将LiTFSI、聚氧化乙烯、锂镧钛氧配置成混合溶液；
所述步骤S1)包括以下步骤：步骤S11)称取50万分子量的聚氧化乙烯、LiTFSI、无水乙醇，并将聚氧化乙烯、LiTFSI溶解至所述无水乙醇，在温度38℃条件下加热搅拌2h至均匀混合，得到初始溶液；步骤S12)称取D50为500nm的锂镧钛氧粉体，加入无水乙醇，600W超声波震荡并搅拌分散30min，并将所锂镧钛氧粉体加入至初始溶液中并通过超声波分散，在温度38℃条件下加热搅拌10h至均匀混合，得到混合溶液；
步骤S2)利用所述混合溶液进行气纺丝，得到纺丝纤维膜；
步骤S3)压制所述纺丝纤维膜，得到宏观上的无孔膜；
步骤S4)烘干或干燥所述无孔膜得到所述电解质膜。
2.根据权利要求1所述的电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3)中的压制条件为：压强为1-5MPa，温度为40℃-80℃。
3.根据权利要求1所述的电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4)中的烘干或干燥条件为：温度为45℃-70℃，烘干或干燥时间为12h-24h。
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