CN114520366A - 复合凝胶聚合物电解质膜及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合凝胶聚合物电解质膜及其在锂离子电池中的应用。所述复合凝胶聚合物电解质膜包括聚合物电解质膜和涂覆在聚合物电解质膜表面的锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合形成复合凝胶聚合物电解质膜。本发明通过锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合的方法，得到了一种复合凝胶聚合物电解质膜，从而改善了聚合物电解质膜与正负极之间的接触，降低了阻抗，提高了固态锂离子电池在低温环境下的性能。

Description

复合凝胶聚合物电解质膜及其在锂离子电池中的应用
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合凝胶聚合物电解质膜及其在锂离子电池中的应用。
背景技术
近几年，随着电动汽车行业的快速发展，国家及企业对二次电池的能量密度、循环及其安全性提出了更高的要求。现在电动汽车普遍使用的为锂离子电池，锂离子电池具有较高的能量密度、工作电压高、寿命长等特点，然而锂离子电池的电解质大多为液体电解质，在使用过程中会发生漏液、燃烧、分解甚至爆炸的危险，严重影响人身及财产安全。固态电解质可以克服液态电解质的以上缺点，又具有独特的安全性及稳定性，因而固态电解质取代传统液体有机电解液的全固态锂电池吸引越来越多人的关注。
固态电解质主要研究方向为聚合物电解质、氧化物电解质及硫化物电解质，聚合物电解质相对于其他两种电解质，制备方法简单，率先实现产业化。但是，聚合物电解质的应用主要还存在如下几个问题：(1)固态电解质与正负极之间的接触问题导致过大的界面阻抗；(2)在低温(0℃以下)的性能较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合凝胶聚合物电解质膜及其在锂离子电池中的应用，改善聚合物电解质膜与正负极之间的接触，降低阻抗，改善固态锂离子电池在低温环境下的性能表现。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种复合凝胶聚合物电解质膜，所述复合凝胶聚合物电解质膜包括聚合物电解质膜和涂覆在聚合物电解质膜表面的锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合形成复合凝胶聚合物电解质膜。
作为优选的技术方案，所述聚合物电解质膜由聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)和锂盐在有机溶剂中混合后烘干得到。
作为优选的技术方案，所述聚合物电解质膜中还包括锂镧锆氧。
作为优选的技术方案，所述聚合物单体包括1,3-二氧戊环类聚合物单体、丙烯酸酯类聚合物单体、乙烯酯类聚合物单体中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述锂盐聚合物浆料还包括氟代碳酸乙烯酯和锂镧锆氧。
作为优选的技术方案，引发所述锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合的方式为加热。
本发明还公开了所述的复合凝胶聚合物电解质膜在锂离子电池中的应用，在聚合物电解质膜表面涂覆锂盐聚合物浆料，然后与正极、负极一起组装成锂离子电池，并且加热引发聚合。
本发明的有益效果在于：
本发明通过锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合的方法，得到了一种复合凝胶聚合物电解质膜，从而改善了聚合物电解质膜与正负极之间的接触，降低了阻抗，提高了固态锂离子电池在低温环境下的性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是实施例1和对比例1组装的锂离子电池在0℃下0.1C的循环性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
(1)制备聚合物电解质膜：将聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)即PVDF-HFP与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)、锂镧锆氧(LLZTO)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中混合后烘干，得到聚合物电解质膜(CPE)；所述CPE中PVDF-HFP与LiTFSI的比例为1：2，LLZTO占10％。
(2)配制锂盐聚合物浆料：在聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)中加入双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)、锂镧锆氧(LLZTO)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和偶氮二异丁腈(AIBN)，混合均匀后得到锂盐聚合物浆料；浆料中LiTFSI为1mol/L，LLZTO为10％，FEC为40％，AIBN为1％。
(3)组装锂离子电池并且原位聚合：以磷酸铁锂为正极材料，在锂负极上放置步骤(1)制备的聚合物电解质膜(CPE)，并且在聚合物电解质膜(CPE)上滴加步骤(2)配制的锂盐聚合物浆料，然后组装成锂离子电池，加热到100℃引发聚合，使电解质层形成复合凝胶聚合物电解质膜(CGPE)。
对比例1
(1)制备聚合物电解质膜：将聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)即PVDF-HFP与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)、锂镧锆氧(LLZTO)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中混合后烘干，得到聚合物电解质膜(CPE)；所述CPE中PVDF-HFP与LiTFSI的比例为1：2，LLZTO占10％。
(2)组装锂离子电池：以磷酸铁锂为正极材料，在锂负极上放置步骤(1)制备的聚合物电解质膜(CPE)，然后组装成锂离子电池。
在0℃下以0.1C对实施例1和对比例1组装的锂离子电池进行循环性能测试，结果如图1所示，实施例1的CGPE电池循环比容量稳定在130.9mAh g-1，库伦效率大于99％；而对比例1的CPE电池循环比容量为107mAh g-1，并且起始容量仅为71mAh g-1，库伦效率也仅维持在95％-96％之间。
以上实验数据证明，相对于普通的聚合物电解质膜(CPE)，本发明在此基础上通过原位聚合得到了一种复合凝胶聚合物电解质膜(CGPE)，从而改善了聚合物电解质膜与正负极之间的接触，降低了阻抗，提高了固态锂离子电池在低温环境下的性能。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述复合凝胶聚合物电解质膜包括聚合物电解质膜和涂覆在聚合物电解质膜表面的锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合形成复合凝胶聚合物电解质膜。
2.根据权利要求1所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述聚合物电解质膜由聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)和锂盐在有机溶剂中混合后烘干得到。
3.根据权利要求2所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述聚合物电解质膜中还包括锂镧锆氧。
4.根据权利要求1所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述聚合物单体包括1,3-二氧戊环类聚合物单体、丙烯酸酯类聚合物单体、乙烯酯类聚合物单体中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：所述锂盐聚合物浆料还包括氟代碳酸乙烯酯和锂镧锆氧。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的复合凝胶聚合物电解质膜，其特征在于：引发所述锂盐聚合物浆料在聚合物电解质膜表面原位聚合的方式为加热。
9.权利要求1至8任意一项所述的复合凝胶聚合物电解质膜在锂离子电池中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：在聚合物电解质膜表面涂覆锂盐聚合物浆料，然后与正极、负极一起组装成锂离子电池，并且加热引发聚合。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011079735A1 (zh) * 2009-12-29 2011-07-07 奇瑞汽车股份有限公司 大容量动力锂离子电池及其制备方法
CN104638296A (zh) * 2015-01-23 2015-05-20 清华大学深圳研究生院 一种制备固态聚合物电解质锂离子电池的方法
CN107658500A (zh) * 2017-08-07 2018-02-02 南昌大学 一种原位制备柔性锂离子电池聚合物电解质的方法及应用
CN110911739A (zh) * 2019-11-20 2020-03-24 深圳先进技术研究院 一种固态聚合物电解质、其制备方法及锂电池
CN111916747A (zh) * 2020-08-11 2020-11-10 天津力神电池股份有限公司 高安全聚合物电池正极片及聚合物电池和电池制备方法
US20200365880A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Nanotek Instruments, Inc. Particulates of polymer electrolyte-protected anode active material particles for lithium-ion batteries
CN112054237A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 东北大学 一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法
CN113839096A (zh) * 2021-08-20 2021-12-24 深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司 一种原位聚合制备聚合物电解质的方法、锂离子电池及其制备方法
CN114014965A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 上海电气集团股份有限公司 聚合物薄膜、电解质、全固态电池及其制备方法和应用
US20220045402A1 (en) * 2020-08-04 2022-02-10 Ming Chi University Of Technology Method for the fabrication of a hybrid solid electrolyte membrane, and an all-solid-state lithium battery uses the membrane

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011079735A1 (zh) * 2009-12-29 2011-07-07 奇瑞汽车股份有限公司 大容量动力锂离子电池及其制备方法
CN104638296A (zh) * 2015-01-23 2015-05-20 清华大学深圳研究生院 一种制备固态聚合物电解质锂离子电池的方法
CN107658500A (zh) * 2017-08-07 2018-02-02 南昌大学 一种原位制备柔性锂离子电池聚合物电解质的方法及应用
US20200365880A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Nanotek Instruments, Inc. Particulates of polymer electrolyte-protected anode active material particles for lithium-ion batteries
CN110911739A (zh) * 2019-11-20 2020-03-24 深圳先进技术研究院 一种固态聚合物电解质、其制备方法及锂电池
US20220045402A1 (en) * 2020-08-04 2022-02-10 Ming Chi University Of Technology Method for the fabrication of a hybrid solid electrolyte membrane, and an all-solid-state lithium battery uses the membrane
CN111916747A (zh) * 2020-08-11 2020-11-10 天津力神电池股份有限公司 高安全聚合物电池正极片及聚合物电池和电池制备方法
CN112054237A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 东北大学 一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法
CN113839096A (zh) * 2021-08-20 2021-12-24 深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司 一种原位聚合制备聚合物电解质的方法、锂离子电池及其制备方法
CN114014965A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 上海电气集团股份有限公司 聚合物薄膜、电解质、全固态电池及其制备方法和应用

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