一种锂离子电池用固态聚合物电解质膜的制作方法

本发明涉及固态聚合物电解质领域，具体涉及一种锂离子电池用固态聚合物电解质膜。

背景技术：

进入21世纪以来，随文明的进步和经济的发展，人类对能源的需求与依赖越来越大，但传统的化石能源面临枯竭，人们对能源的需要则倾向于可持续、环境友好的新能源体系。在自然界中有很多可再生清洁能源，如太阳能、风能、潮汐能等，这些能源可以转化为电能使用，其中以风能和太阳能为代表的新能源有一个共同的特点，即总量大，但分散、能量密度低、存在间歇性和随机性，难以大规模被利用。因此，二次电池作为简单高效的能量储存和供给装置，是目前电力储备的最佳，并将在新能源的普及利用与发展中担当重要角色，在这种研究背景下，作为一种绿色高能电池，锂离子电池在适合能量储存和供给的同时，与铅酸电池，镍-镉电池等二次电池相比，锂离子电池由于能量密度高、输出电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，在能源，材料，电化学等领域备受关注，被认为是最有发展潜力的电池。

目前，市场上常见的锂离子电池是液态的，这种液态锂离子电池存在漏液等安全问题，所以聚合物电解质被提出，用以避免传统液态锂离子电池的漏液问题，提高电池的安全性能和能量密度，并实现电池的薄化、轻便化和形状可变。目前，聚合物电解质的研究集中在固体聚合物电解质，凝胶聚合物电解质两大类。锂离子电池的固态电解质要充当隔膜将电池的正负极隔开，又要在阻止电子传递的同时能够传导锂离子。聚偏二氟乙烯基固态电解质由于具有基团-C-F-，使其有高的偶极矩和介电常数，能使锂盐离子化，并在化学阻抗、机械强度、与正负极的相容性上都有好的表现。有关类似于聚偏二氟乙烯基电解质研究较多，以下给出部分文献：

发明专利授权公开号 CN 104610567A，2015.05.13

发明专利授权公开号 CN 105161761A，2015.12.16

发明专利授权公开号 CN 104810549A，2015.07.29。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种室温电导率高，机械强度、循环性能好的锂离子电池用固态聚合物电解质膜。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池用固态聚合物电解质膜，由聚偏二氟乙烯、纤维素醚、双三氟甲磺酰亚胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI)、双三氟甲磺酰亚胺基锂与溶剂混合均匀后得到的混合液，浇注到干净玻璃板上刮涂成膜后，真空干燥，得到固态聚合物电解质膜；

所述的纤维素醚用量为聚偏二氟乙烯质量的0.1~0.3倍；

所述的双三氟甲磺酰亚胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI)用量为聚偏二氟乙烯质量的0.4~0. 9倍；

所述的双三氟甲磺酰亚胺基锂用量为聚偏二氟乙烯质量的0.2~0.8倍。

所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃中的一种。

所述的真空干燥是在0.08MPa的气压下，100~140℃温度干燥1~2h。

本发明的有益效果在于：该固态聚合物电解质膜室温电导率高，循环性能好。且该制备方法简单，得到的固态聚合物电解质膜厚度均匀，机械强度良好。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一制得的固态聚合物电解质膜的SEM图；

图2是本发明具体实施方式一制得的固态聚合物电解质膜的拉伸应力测试图，横坐标为位移，纵坐标为应力；

图3是本发明具体实施方式一制得的固态聚合物电解质膜组装成磷酸铁锂/电解质膜/金属锂电池在室温下的放电比容量&效率与循环次数关系图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。

具体实施方式一：制备一种锂离子电池用固态聚合物电解质膜，将聚偏二氟乙烯1.0 g溶解于6mL N,N-二甲基甲酰胺中搅拌3 h，将纤维素醚0.2 g溶解于1-2 mL N,N-二甲基甲酰胺中搅拌3 h，二者混合加入双三氟甲磺酰亚胺基锂0.3 g，双三氟甲磺酰亚胺基N-甲基-N-丁基哌啶(Py14TFSI) 0.75 g，60℃水浴搅拌6 h形成均匀溶液后，将溶液浇注在干净玻璃板上涂膜，温度100~140℃，气压0.08 MPa条件下干燥1~2 h后，即得所述固体聚合物电解质膜，利用电化学工作站测试，并计算得到所述固态聚合物电解质膜的电导率为2.36×10^-4 S/cm。

从图1可以观察到，本实施方式中制得的锂离子电池用固态聚合物电解质膜的孔隙率和孔径理想，满足锂离子的穿梭。

从图2可以得出结论，本实施方式中制得的锂离子电池用固态聚合物电解质膜的最大拉伸强度可达44.89 MPa。

本实施方式制得的锂离子电池用固态聚合物电解质膜组装成的磷酸铁锂/电解质膜/金属锂电池在室温下的放电比容量&效率与循环次数关系图如图3所示，在0.5C倍率下，首次放电比容量111.2 mAh/g，130次循环后，放电比容量112.9 mAh/g；库伦效率达到100%。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内作出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。