CN108878973B - 一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，它所涉及的是一种制备锂离子电池电解质膜的方法。本发明解决了固态聚合物电解质电导率低，成本高等问题。本发明的制备方法如下：称取聚氯乙烯、聚乙烯醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂于一反应容器中共混搅拌，同时称取聚偏氟乙烯和溶剂于另一反应容器中共混搅拌，两个反应容器中的物质搅拌均匀后混合，然后将混合物浇铸在玻璃板上，放入真空干燥箱中干燥成膜。本发明制备的聚氯乙烯基聚合物电解质膜电化学性能良好，实验操作简单，原材料成本低，可适用范围大。

Description

一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种锂离子电池聚合物电解质领域的技术，具体是一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低等优点，但是液体电解质的使用也带来了安全问题。固态聚合物电解质作为一种新型功能的电解质材料，具有良好的机械性能、无泄漏、易加工成型等特点，聚合物电解质锂离子电池的发展是必然趋势。
聚合物电解质锂离子电池由于其良好的性能越来越受到人们的关注，目前最主要的聚合物材料有聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈等等，本发明以低毒和绿色化工为原则，选取机械性能优良的聚乙烯醇、成膜性良好的聚氯乙烯、耐化学腐蚀性强的聚偏氟乙烯为基底材料制备出电导率良好的聚合物电解质膜。
发明内容
本发明是通过浇铸法制备一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法。
本发明的聚合物电解质膜，是按照以下步骤制备的：
一、称取聚氯乙烯和聚乙烯醇于反应容器中，加入4～6ml溶剂，充分搅拌使聚合物完全溶解，然后加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，持续搅拌1h左右；
二、称取聚偏氟乙烯，将聚偏氟乙烯和4～6ml溶剂加入另一个反应容器中，通过搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解后，与聚乙烯醇、聚氯乙烯和邻苯二甲酸二丁酯共混，搅拌均匀加入锂盐，搅拌5h，将混合物浇铸在玻璃板上，放入真空干燥箱中，120℃下干燥1h即得到聚合物电解质膜。
本发明的有益效果包含以下内容：
聚氯乙烯、聚乙烯醇、邻苯二甲酸二丁酯与聚偏氟乙烯共混使聚合物电解质膜的稳定性、耐磨性和抗冲击性能加强，能有效的改善聚乙烯醇/聚氯乙烯聚合物电解质膜均匀性和电化学性能，本发明实验操作简单，原材料成本低，可适用范围大。
附图说明
图1是本实施例的聚乙烯醇在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇聚合物电解质膜的含量与电导率的关系图。
图2是本实施例的聚偏氟乙烯在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯聚合物电解质膜中的含量与电导率的关系图。
图3是本实施例的邻苯二甲酸二丁酯在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯/邻苯二甲酸二丁酯聚合物电解质膜中的含量与电导率的关系图。
图4是本实施例的双三氟甲磺酰亚胺基锂在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯/邻苯二甲酸二丁酯聚合物电解质膜中的含量与电导率的关系图。
图5是本实施例的磷酸亚铁锂/电解质膜/锂片的循环伏安曲线图。
图6是本实施例的聚氯乙烯基聚合物电解质电池充放电测试曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，是按照以下步骤制备的：
一、称取聚氯乙烯和聚乙烯醇于反应容器中，加入4～6ml溶剂，充分搅拌使聚合物完全溶解，然后加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，持续搅拌1h左右；
二、称取聚偏氟乙烯，将聚偏氟乙烯和4～6ml溶剂加入另一个反应容器中，通过搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解后，与聚乙烯醇、聚氯乙烯和邻苯二甲酸二丁酯共混，搅拌均匀加入锂盐，搅拌5h，将混合物浇铸在玻璃板上，放入真空干燥箱中，120℃下干燥1h即得到聚合物电解质膜。
具体实施措施二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于聚乙烯醇在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇聚合物电解质膜中的质量分数10～35%，最佳为22.2%。其他与具体实施方式一相同。
具体实施措施三：本实施方式与具体实施方式一至二的不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于聚偏氟乙烯在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯聚合物电解质膜中的质量分数20～65%，最佳为58.1%。其他与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施措施四：本实施方式与具体实施方式一至二的不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于邻苯二甲酸二丁酯在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯/邻苯二甲酸二丁酯聚合物电解质膜中的质量分数2.5～38%，最佳为32.1%。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施措施五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于双三氟甲磺酰亚胺基锂在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯聚合物电解质膜中的质量分数12～28%，最佳为26.9%。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施措施六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于所使用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。其他与具体实施方式一至五之一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或多个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例的有益效果包含以下内容：
一、称取聚氯乙烯和聚乙烯醇于反应容器中，加入4～6ml溶剂，充分搅拌使聚合物完全溶解，然后加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，持续搅拌1h左右；
二、称取聚偏氟乙烯，将聚偏氟乙烯和4～6ml溶剂加入另一个反应容器中，通过搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解后，与聚乙烯醇、聚氯乙烯和邻苯二甲酸二丁酯共混，搅拌均匀加入锂盐，搅拌5h，将混合物浇铸在玻璃板上，放入真空干燥箱中，120℃下干燥1h即得到聚合物电解质膜。
图1是本实施例的聚乙烯醇在电解质膜中的含量与电导率的关系图。当双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇聚合物电解质膜中聚乙烯醇的含量为聚合物电解质膜的22.2%时，成膜最均匀且电导率最大为4.732×10-6 S∙cm-1。
图2是本实施例的聚偏氟乙烯在电解质膜中的含量与电导率的关系图。聚偏氟乙烯在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯聚合物电解质膜中的含量为58.1%时，聚合物电解质膜的电导率最大为3.989×10-5 S∙cm-1，加入聚偏氟乙烯使聚合物电解质膜的电导率大约增大了一个数量级。
图3是本实施例的邻苯二甲酸二丁酯在电解质中的含量与电导率的关系图。当增塑剂邻苯二甲酸二丁酯的含量为32.1%时，双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯/聚合物电解质膜的电导率最大为1.532×10-4 S∙cm-1，完全符合正常固态聚合物电解质膜的性能，适用于锂离子电池。
图4是本实施例的双三氟甲磺酰亚胺基锂在电解质膜中的含量与电导率的关系图。锂盐在双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚氯乙烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯/邻苯二甲酸二丁酯聚合物电解质膜中的含量为26.9%时，聚合物电解质膜的电导率为3.330×10-4 S∙cm-1，得到电导率良好的聚合物电解质膜。
图5是本实施例的磷酸亚铁锂/电解质膜/锂片的循环伏安曲线图，从图2中看出电池的每一个循环的氧化、还原峰都几近重合，这说明电池的循环稳定性良好，电极与电解质膜有良好的兼容性。
图6是本实施例的磷酸亚铁锂/电解质膜/锂片的充放电测试曲线。从图中可以看出电池第一次循环的放电比容量为149.8 mAh·g-1左右，经过10次循环后，放电比容量大约为146.2 mAh·g-1，平均充放电效率能达到99%以上。

Claims (3)

1.一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法的制备过程如下：
一、称取聚氯乙烯和聚乙烯醇于反应容器中，加入4～6ml溶剂，充分搅拌使聚合物完全溶解，然后加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，持续搅拌1h；
二、称取聚偏氟乙烯，将聚偏氟乙烯和4～6ml溶剂加入另一个反应容器中，通过搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解后，与聚乙烯醇、聚氯乙烯和邻苯二甲酸二丁酯共混，搅拌均匀加入锂盐，搅拌5h，将混合物浇铸在玻璃板上，放入真空干燥箱中，120℃下干燥1h即得到聚合物电解质膜；其中，聚氯乙烯、聚乙烯醇的质量比为7:2；步骤一中增塑剂邻苯二甲酸二丁酯在电解质中的质量分数为2.5～38％；步骤二中聚偏氟乙烯在聚合物电解质占的质量分数为20～65％。
2.根据权利要求1所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于所使用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种聚氯乙烯基聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于所使用的锂盐为双三氟甲磺酰亚胺基锂。
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