CN114079080A - 一种固态电解质膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态电解质膜及其制备方法,该固态电解质膜包括由含有第一无机颗粒的单离子导体聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成的网络骨架,以及由含有第二无机颗粒的离子导电性聚合物熔融形成的填充介质,所述填充介质将网络骨架内的孔隙填满。本发明利用多喷头静电纺丝的方法制备含无机颗粒的单离子导体聚合物和离子导电性聚合物以纳米纤维形式交织、互穿的多孔膜,再利用热压的方式使离子导电性聚合物熔融并填满多孔膜的孔隙,最后经烘干得到固态电解质膜。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域,具体涉及一种固态电解质膜及其制备方法。
背景技术
随着电动汽车和移动设备的发展,人们对电池有着更高的要求,锂离子电池作为最重要的 储能技术朝着高能量,低成本,更安全的方向发展。传统的负极材料为碳材料,其良好的碳层 结构可以供锂离子的嵌入和脱出,但是其比容量只有370mAh/g。而金属锂作为负极材料,其 比容量高达3860mAh/g,但其由于在反应过程中会有锂枝晶的生成。在液态电解质中,液态电 解质易燃且由于锂枝晶的生成会影响电池负极材料的容量和库伦效率,甚至刺穿电池隔膜引起 电池的爆炸。为了提高其安全性,聚合物电解质成为了研究重点。聚合物电解质质量轻、机械 韧性好、加工性强、界面稳定性高和安全性高等优点,但其存在问题就是电导率不够高,且一 般聚合物电解质锂离子迁移数较低,从而促进锂枝晶的生长进而影响电池容量的衰退和产生安 全问题。高的锂离子迁移数会抑制锂枝晶的生长进而提高其安全性。目前,为了提高锂离子的 迁移数,人们进行了单离子聚合物电解质的研究。在聚合物方面,人们选用了类似PEO具有导 离子能力的聚合物,但是PEO在室温下容易形成结晶相而影响着电导率,所以降低PEO的结 晶度可以提高其电导率。目前降低PEO结晶度的有纳米无机填料的引入、接枝聚合物等。所以 研发具有高安全性和高锂离子迁移数的固态电解质是本领域要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供了一种固态电解质膜及其制备方法,利 用单离子导体聚合物和导离子聚合物的协同作用,加上无机颗粒促进锂离子迁移,解决了上述 背景技术中结晶度和电导率的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是:提供了一种固态电解质膜,包括网络骨 架和填充介质,所述网络骨架由含有第一无机颗粒的单离子导体聚合物以纳米纤维的形式交 织、互穿形成,所述填充介质由含有第二无机颗粒的离子导电性聚合物熔融形成,且填充介质 将网络骨架内的孔隙填满;
所述单离子导电体聚合物包括AMPSLi、P(MPEGA-AMPS)-Li、poly(PEGM)、LiPSTFSI、 LiTFSI、LiPSTFSI、或它们与PVDF、PVDF-HFP、PEO的共聚物或接枝共聚物;所述离子导 电性聚合物包括PEO、PEC、PPO;所述第一无机颗粒与单离子导体聚合物的质量比为2~15: 100,所述第二无机颗粒与离子导电性聚合物的质量比为2~15:100。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是:提供了一种固态电解质膜的制备方法, 包括如下步骤:
(1)制备前驱体溶液:
①配制浓度为2~25wt%的单离子导体聚合物溶液,并加入第一无机颗粒;
②配制浓度为2~15wt%的离子导电性聚合物溶液,并加入第二无机颗粒;
(2)多喷头静电纺丝:将步骤(1)中的前驱体溶液分别置于静电纺丝装置的不同注射器 内,利用多喷头静电纺织法制备得到多孔膜;所述多孔膜由第一无机颗粒的单离子导体聚合物 和含有第二无机颗粒的离子导电性聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成;
(3)热压:将步骤(2)制备的多孔膜在130~170℃、5~100KN的压力下热压,使离子导 电性聚合物熔融成为填充介质,填满多孔膜的孔隙;
(4)干燥:将步骤(3)热压后的膜进行干燥,即得到所述固态电解质膜。
本技术方案与背景技术相比,它具有如下优点:
1.本发明充分利用单离子导体聚合物和导离子聚合物的协同作用,一方面通过单离子导体 聚合物能够使电解质具有较高的锂离子迁移数,从而抑制锂枝晶的生长,抑制了电池容量的衰 退和提高其安全性;另一方面通过离子导电性聚合物用来促进锂离子的迁移,加上二者中加入 的纳米无机颗粒,有利于促进锂离子的解离,以实现提高其电导率的作用,提高了电池的安全 性能;
2、本发明利用静电纺丝的方法制造两种聚合物的互穿网络的结构来降低导离子聚合物的 结晶度,三维网络的单离子电解质拥有更大的比表面积有利于锂离子的解离和传输,从而提高 电导率。
附图说明
图1为实施例1的制备过程示意图。
图2为实施例1中热压前后膜的SEM图。
图3为实施例1组装的锂离子电池和对比例1的锂离子电池在60℃下循环性能的对比。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。下面通过 参考附图描述的实施例是示例性的,所述实施例的示例旨在用于解释本发明,而不能理解为对 本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件 或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规 产品。
一种固态电解质膜,包括网络骨架和填充介质,所述网络骨架由含有第一无机颗粒的单离 子导体聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成,所述填充介质由含有第二无机颗粒的离子导 电性聚合物熔融形成,且填充介质将网络骨架内的孔隙填满;其中,所述第一无机颗粒的粒径 为10~100nm,包括氧化铝或油性二氧化硅。所述第二无机颗粒的粒径为10~100nm,包括水性 二氧化硅、氧化铝或二氧化钛。
上述固态电解质膜利用多喷头静电纺丝的方法制备含无机颗粒的单离子导体聚合物和离 子导电性聚合物以纳米纤维形式交织、互穿的多孔膜,再利用热压的方式使离子导电性聚合物 熔融并填满多孔膜的孔隙,最后经烘干制备而成。
其中,静电纺丝参数:电压为3-30kV(优选8-20kV)、注射器推进速度为0.05~2mL/min (优选0.1~1mL/min)、温度为15~50℃(优选20~38℃)、湿度为2~20%(优选5~15%),注射 器与接收器间的距离为5~100cm(优选10~40cm)。所述接收器为平面接收器或圆辊轴接收器, 其中圆辊轴接收器的转数为0~100rpm(优选30~60rpm)。
在本发明一较佳实施例中,所述步骤(1)中:
①将单离子导体、第一无机颗粒与第一溶剂均匀混合,所述第一溶剂包括DMF、NMP, 所述单离子导体的浓度为5~20wt%,所述第一无机颗粒与单离子导体的质量比为3~10:100。
②将离子导电性聚合物、第二无机颗粒与第二溶剂均匀混合,所述第二溶剂包括丙酮、乙 腈、水,所述离子导电性聚合物的浓度为3~7wt%,所述第二无机颗粒与离子导电性聚合物的 质量比为3~10:100。
在本发明一较佳实施例中,(3)热压:将步骤(2)制备的多孔膜在130~145℃、10~50KN 的压力下热压,使离子导电性聚合物熔融成为填充介质,填满多孔膜的孔隙。
在本发明一较佳实施例中,(4)干燥:将步骤(3)热压后的膜放入60℃的真空烘箱内干 燥12~36h,即得到所述固态电解质膜。
将上述固态电解质设置于正极材料和负极材料间进行电池的组装,能够得到高安全性高锂 离子迁移数的固态电解质电池。
通常锂离子电池使用的正极材料都可以在本发明中使用。正极涉及的正极活性物质,可以 使用能可逆地吸藏-放出(嵌入与脱嵌)锂离子的化合物,例如,可以举出用LixMO2或 LiyM2O4(式中,M为过渡金属,0≤x≤1,0≤y≤2)表示的含锂复合氧化物、尖晶石状的氧化 物、层状结构的金属硫族化物、橄榄石结构等。
作为其具体例子,可以举出LiCoO2等锂钴氧化物、LiMn2O4等锂锰氧化物、LiNiO2等锂 镍氧化物、Li4/3Ti5/3O4等锂钛氧化物、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物;具有LiMPO4(M =Fe、Mn、Ni)等橄榄石型结晶结构的材料等等。
特别是采用层状结构或尖晶石状结构的含锂复合氧化物是优选的,LiCoO2、LiMn2O4、 LiNiO2、LiNi1/2Mn1/2O2等为代表的锂锰镍复合氧化物、LiNil/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2等为代表的锂锰镍钴复合氧化物、或LiNi1-x-y-zCoxAlyMgzO2(式中,0≤x≤1、0≤y≤0.1、0≤z ≤0.1、0≤1-x-y-z≤1)等含锂复合氧化物。另外,上述的含锂复合氧化物中的构成元素的一部 分,被Ge、Ti、Zr、Mg、Al、Mo、Sn等的添加元素所取代的含锂复合氧化物等也包含其 中。
这些正极活性物质,既可单独使用1种,也可2种以上并用。例如,通过同时使用层状结 构的含锂复合氧化物与尖晶石结构的含锂复合氧化物,可以谋求兼顾大容量化及安全性的提 高。
用于构成非水电解液二次电池的正极,例如,在上述正极活性物质中适当添加炭黑、乙炔 黑等导电助剂,或聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷等粘合剂等,配制正极合剂,将其在以铝箔等集电 材料作为芯材的带状成型体上涂布后使用。但是,正极的制作方法不仅仅限于上例。
通常锂离子电池使用的负极材料都可以在本发明中使用。负极涉及的负极活性物质可以使 用能够嵌入-脱嵌锂金属、锂的化合物。例如铝、硅、锡等的合金或氧化物、碳材料等各种材料 等可以用作负极活性物质。氧化物可以举出二氧化钛等,碳材料可以举出石墨、热解碳类、焦 炭类、玻璃状碳类、有机高分子化合物的烧成体、中间相碳微珠等。
用于构成非水电解液二次电池的负极,例如,在上述负极活性物质中适当添加炭黑、乙炔 黑等导电助剂,或聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷等粘合剂等,配制负极合剂,将其在以铜箔等集电 材料作为芯材的带状成型体上涂布后使用。但是,负极的制作方法不仅仅限于上例。
在本发明提供的非水溶剂包括碳酸酯类、醚类等。
碳酸酯类包括环状碳酸酯和链状碳酸酯,环状碳酸酯可以举出碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、 碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、硫类酯(乙二醇硫化物等)等。链状碳酸酯可以举出碳酸二甲酯、碳 酸二乙酯、碳酸甲乙酯等为代表的低粘度的极性链状碳酸酯、脂肪族支链型碳酸酯类化合物。 环状碳酸酯(特别是碳酸乙烯酯)与链状碳酸酯的混合溶剂是特别优选的。
醚类可以举出二甲醚四甘醇(TEGDME),乙二醇二甲醚(DME),1,3-二氧戊烷(DOL)等。
另外,除上述非水溶剂外,可以采用丙酸甲酯等链状烷基酯类、磷酸三甲酯等链状磷酸三 酯;3-甲氧基丙腈等腈类溶剂;以树枝状化合物为代表的具有醚键的支链型化合物等非水溶剂 (有机溶剂)。
另外,也可采用氟类溶剂。
作为氟类溶剂,例如,可以举出H(CF2)2OCH3、C4F9OCH3、H(CF2)2OCH2CH3、 H(CF2)2OCH2CF3、H(CF2)2CH2O(CF2)2H等、或CF3CHFCF2OCH3、CF3CHFCF2OCH2CH3等直 链结构的(全氟烷基)烷基醚,即2-三氟甲基六氟丙基甲醚、2-三氟甲基六氟丙基乙醚、2-三 氟甲基六氟丙基丙醚、3-三氟甲基八氟丁基甲醚、3-三氟甲基八氟丁基乙醚、3-三氟甲基八氟 丁基丙醚、4-三氟甲基十氟戊基甲醚、4-三氟甲基十氟戊基乙醚、4-三氟甲基十氟戊基丙醚、 5-三氟甲基十二氟己基甲醚、5-三氟甲基十二氟己基乙醚、5-三氟甲基十二氟己基丙醚、6-三氟 甲基十四氟庚基甲醚、6-三氟甲基十四氟庚基乙醚、6-三氟甲基十四氟庚基丙醚、7-三氟甲基十六氟辛基甲醚、7-三氟甲基十六氟辛基乙醚、7-三氟甲基十六氟辛基丙醚等。
另外,上述异(全氟烷基)烷基醚与上述直链结构的(全氟烷基)烷基醚也可并用。
(1)取40.1g的AMPS加入23.3g水和36.86g甲醇的混合溶剂中,搅拌10min,然后加入 0.07g的CuSO4·5H2O阻聚剂,再往溶液中加入26.725g的PVDF-HFP粉末,超声30min。然后往 溶液中通入Ar气排除空气。然后以100KGy的计量辐照。
(2)将辐照好的溶液进行清洗以除去单体和杂质:将辐照后的样品溶解于DMF中,然后 逐滴加入3-4倍的甲醇中,50℃加热搅拌12h,在对溶液进行离心烘干。这样反复3-4次,以 除去单体和杂质,最后得到AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体。
实施例1
本实施例一种固态电解质膜,如图1,该静电纺丝装置有两个(注射器)喷头,一个为离 子导电性聚合物和无机颗粒,另一个为单离子导体聚合物和无机颗粒,高压电源连接两个喷头 和接收器,纺丝后得到互穿的网络结构。
具体包括如下步骤:
取0.25g的PEO溶解于4.75g的去离子水中,搅拌12h,再加入0.0125g的水性SiO2,搅 拌超声使其SiO2均匀分散在PEO溶液中。取1g的AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体溶解于4g的DMF溶剂中,搅拌12h,再加入0.05g的油性SiO2,搅拌超声使其SiO2均匀分散在 AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体溶液中。
取5g的PEO/SiO2混合溶液和5g的AMPSLi-g-PVDF-HFP/SiO2混合溶液分别置于两根5mL的注射器中,将两根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接两个针头,将铝箔放置于圆 辊轴收集器上,调节静电纺丝的参数(电压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、针头与收集器 的距离为30cm、收集器转速为50rpm、温度为25℃、湿度为20%)进行电纺,最后将膜从铝 箔上揭下来。将膜进行热压,热压温度为80℃,热压时间为3min,热压压力为50KN。最后将 膜放置在在60℃真空烘箱里24h得到最后的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜。
如图2所述,本实施例制备的固态电解质膜在热压前,纤维直径比较均匀,热压后由于PEO 溶解填充了膜的孔隙,而AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体还保持原来的纤维结构,形成网络 骨架。热压后使得PEO与AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体有更大的接触面积。因此,本实施 例制备的固态电解质膜,包括网络骨架和填充介质,所述网络骨架由含有油性SiO2的 AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成,所述填充介质由 含有水性SiO2的PEO熔融形成,且填充介质将网络骨架内的孔隙填满,从而使网络骨架中附 着SiO2颗粒,且PEO和SiO2颗粒贯穿整个AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体聚合物纤维。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本实施例制备的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜制备锂离子电池。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于:取两份5g的实施例1中PEO/SiO2混合溶液和5g的AMPSLi-g-PVDF-HFP/SiO2混合溶液分别置于三根5mL的注射器中,将两根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接三个针头,将铝箔放置于圆辊轴收集器上,调节静电纺丝的参数(电 压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、针头与收集器的距离为30cm、收集器转速为50rpm、温 度为25℃、湿度为20%)进行电纺,最后将膜从铝箔上揭下来。将膜进行热压,热压温度为 80℃,热压时间为3min,热压压力为50KN。最后将膜放置在在60℃真空烘箱里24h得到最后 的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本实施例制备的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜制备锂离子电池。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于:取5g的实施例1中PEO/SiO2混合溶液和两份5g的AMPSLi-g-PVDF-HFP/SiO2混合溶液分别置于三根5mL的注射器中,将两根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接三个针头,将铝箔放置于圆辊轴收集器上,调节静电纺丝的参数(电 压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、针头与收集器的距离为30cm、收集器转速为50rpm、温 度为25℃、湿度为20%)进行电纺,最后将膜从铝箔上揭下来。将膜进行热压,热压温度为 80℃,热压时间为3min,热压压力为50KN。最后将膜放置在在60℃真空烘箱里24h得到最后 的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本实施例制备的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜制备锂离子电池。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于:取0.25g的PEO溶解于4.75g的去离子水中,搅拌12h, 得到5wt%的PEO溶液。取1g的AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体溶解于4g的DMF溶剂中,搅拌12h得到20wt%的AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体溶液。
取5g的PEO溶液和5g的AMPSLi-g-PVDF-HFP溶液分别置于两根5mL的注射器中,将两根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接两个针头,将铝箔放置于圆辊轴收集器上,调节 静电纺丝的参数(电压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、针头与收集器的距离为30cm、收集 器转速为50rpm、温度为25℃、湿度为20%)进行电纺,最后将膜从铝箔上揭下来。将膜进行 热压,热压温度为80℃,热压时间为3min,热压压力为50KN。最后将膜放置在在60℃真空 烘箱里24h得到最后的固态电解质膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本对比例制备的固态电解质膜制备锂离子电池。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于:取两份5g的PEO溶液和5g的AMPSLi-g-PVDF-HFP溶液分别置于三根5mL的注射器中,将三根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接三个针头, 将铝箔放置于圆辊轴收集器上,调节静电纺丝的参数(电压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、 针头与收集器的距离为30cm、收集器转速为50rpm、温度为25℃、湿度为20%)进行电纺, 最后将膜从铝箔上揭下来。将膜进行热压,热压温度为80℃,热压时间为3min,热压压力为 50KN。最后将膜放置在在60℃真空烘箱里24h得到最后的固态电解质膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本对比例制备的固态电解质膜制备锂离子电池。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于:取5g的PEO溶液和两份5g中的AMPSLi-g-PVDF-HFP溶液分别置于三根5mL的注射器中,将两根注射器连接静电纺丝的针头,用导线连接三个针头, 将铝箔放置于圆辊轴收集器上,调节静电纺丝的参数(电压为14kv、针头推进速度为0.5mL/h、 针头与收集器的距离为30cm、收集器转速为50rpm、温度为25℃、湿度为20%)进行电纺, 最后将膜从铝箔上揭下来。将膜进行热压,热压温度为80℃,热压时间为3min,热压压力为 50KN。最后将膜放置在在60℃真空烘箱里24h得到最后的固态电解质膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和EC/DMC混合 溶剂,以及本对比例制备的固态电解质膜制备锂离子电池。
对比例4
对比例4为市面在售的一种未改性的PE隔膜。
制备锂离子电池:
采用本领域公知的锂离子电池所使用的磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和商业301电解 液,以及本对比例中PE隔膜制备锂离子电池。
一、导电率对比
表1实施例1与对比例1电导率
实施例1 | 对比例1 | |
电导率/S·cm<sup>-1</sup> | 2.5×10<sup>-5</sup> | 1.5×10<sup>-5</sup> |
由上表可知,实施例1的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜的电导率高于对比例1 中的固态电解质膜电导率,这其中原因就是因为无机颗粒的加入,亲水性的二氧化硅抑制了 PEO的结晶,降低了PEO的结晶度,而油性的二氧化硅由于其高的介电常数可以促进 AMPSLi-g-PVDF-HFP单离子导体中Li+的解离,从而促进电导率的提高。
二、锂离子迁移数对比
表2实施例1与对比例4离子迁移数
实施例1 | 对比例4 | |
迁移数 | 0.98 | 0.41 |
由上表可知,实施例1的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜的锂离子迁移数为0.98 明显高于对比例4的PE隔膜的0.41,其原因是因为实施例1中的离子传导只是锂离子在传导, 而对比例4中是阴阳离子双离子的传导。而高的锂离子迁移数能够抑制锂枝晶的产生,提高电 池的安全性能。
三、电池循环性能对比
如图3,实施例1的锂离子电池循环性能优于对比例1的锂离子电池,其原因是实施例1 中的高安全性高锂离子迁移数的固态电解质膜加入了SiO2颗粒降低了PEO的结晶度且AMPSLi-g-PVDF-HFP中加入的SiO2颗粒有利于锂离子的解离,从而一定程度的提高其电导率, 使其拥有更加优异的循环性能。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本 发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换, 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种固态电解质膜,其特征在于:包括网络骨架和填充介质,所述网络骨架由含有第一无机颗粒的单离子导体聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成,所述填充介质由含有第二无机颗粒的离子导电性聚合物熔融形成,且填充介质将网络骨架内的孔隙填满;
所述单离子导电体聚合物包括AMPSLi、P(MPEGA-AMPS)-Li、poly(PEGM)、LiPSTFSI、LiTFSI、LiPSTFSI、或它们与PVDF、PVDF-HFP、PEO的共聚物或接枝共聚物;所述离子导电性聚合物包括PEO、PEC、PPO;所述第一无机颗粒与单离子导体聚合物的质量比为2~15:100,所述第二无机颗粒与离子导电性聚合物的质量比为2~15:100。
2.根据权利要求1所述的一种固态电解质膜,其特征在于:所述第一无机颗粒的粒径为10~100nm,包括氧化铝或油性二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种固态电解质膜,其特征在于:所述第二无机颗粒的粒径为10~100nm,包括水性二氧化硅、氧化铝或二氧化钛。
4.如权利要求1~3任一项所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)制备前驱体溶液:
①配制浓度为2~25wt%的单离子导体聚合物溶液,并加入第一无机颗粒;
②配制浓度为2~15wt%的离子导电性聚合物溶液,并加入第二无机颗粒;
(2)多喷头静电纺丝:将步骤(1)中的前驱体溶液分别置于静电纺丝装置的不同注射器内,利用多喷头静电纺织法制备得到多孔膜;所述多孔膜由第一无机颗粒的单离子导体聚合物和含有第二无机颗粒的离子导电性聚合物以纳米纤维的形式交织、互穿形成;
(3)热压:将步骤(2)制备的多孔膜在130~170℃、5~100KN的压力下热压,使离子导电性聚合物熔融成为填充介质,填满多孔膜的孔隙;
(4)干燥:将步骤(3)热压后的膜进行干燥,即得到所述固态电解质膜。
5.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,静电纺丝参数:电压为3-30kV、注射器推进速度为0.05~2mL/min、温度为15~50℃、湿度为2~20%,注射器与接收器间的距离为5~100cm。
6.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:所述接收器为平面接收器或圆辊轴接收器,其中圆辊轴接收器的转数为0~100rpm。
7.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中:
①将单离子导体、第一无机颗粒与第一溶剂均匀混合,所述第一溶剂包括DMF、NMP,所述单离子导体的浓度为5~20wt%,所述第一无机颗粒与单离子导体的质量比为3~10:100。
8.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中:
②将离子导电性聚合物、第二无机颗粒与第二溶剂均匀混合,所述第二溶剂包括丙酮、乙腈、水,所述离子导电性聚合物的浓度为3~7wt%,所述第二无机颗粒与离子导电性聚合物的质量比为3~10:100。
9.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:(3)热压:将步骤(2)制备的多孔膜在130~145℃、10~50KN的压力下热压,使离子导电性聚合物熔融成为填充介质,填满多孔膜的孔隙。
10.根据权利要求4所述一种固态电解质膜的制备方法,其特征在于:(4)干燥:将步骤(3)热压后的膜放入60℃的真空烘箱内干燥12~36h,即得到所述固态电解质膜。
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