一种黏土增强聚合物固态电解质薄膜的制备方法与流程

本发明涉及一种动力锂离子电池材料的制备方法，具体涉及一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备。

背景技术：

金属锂的能量密度较高，且质量较轻，是一种理想的储能材料，近年来，锂离子电池的发展极其迅速，得到了国家的大力扶持。但是目前来看，锂离子电池的应用大多是在小型的电子元件中，类似于智能手机，笔记本电脑等等，在电动汽车上只得到了初步的应用，因为锂离子电池其本身存在着许多问题，比如现在大多使用的锂离子电池内部多为液态电解质，会在电池进行大功率放电时挥发为可燃的有机化合物气体，导致电池处于高温状态下容易发生爆炸，造成人身安全和财产损失，因此，固态聚合物电解质应运而生。

聚偏氟乙烯体系中，c-f具有很强的吸电子能力，而且其介电常数较高，成膜性好，有很好的机械强度、电化学稳定性、热稳定性，是一种极佳的电解质基体材料，但是其结晶度较高，电导率达不到使用要求；黏土是由二维排列的si-o四面体和al-o八面体组成的硅酸盐，它的加入可以有效的打乱聚合物链的规则排列，同时由于其独特的层状结构，方便聚合物链段插入，使聚合物体系的结晶度进一步降低，达到增强电导率的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了在保证聚合物电解质薄膜其他性能的前提下，提高聚合物电解质薄膜的离子电导率，提供一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备方法。

本发明提供一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将聚偏氟乙烯和植物蛋白溶解在n,n-二甲基乙酰胺中，形成淡黄色的溶液，将黏土溶解在n,n-二甲基乙酰胺中，然后将两种溶液混合在一起，形成混合溶液，向混合液中加入双三氟甲磺酰亚胺基锂，得到初步溶液；

步骤二，采用延流法，将溶液在干净的玻璃板上流延，于120℃的真空烘箱中干燥40min，得到聚合物电解质薄膜。

本发明包含以下有益效果：

本发明采用的原料价格低廉，来源广泛，满足工业化要求，有良好的电化学性能与机械性能，并且制备过程简单，非常适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明一种黏土增强聚合物电解质薄膜的电导率随不同黏土含量变折线图。

图2为本发明一种黏土增强聚合物电解质薄膜的电化学稳定窗口。

图3为本发明一种黏土增强聚合物电解质薄膜电池0.5c的充放电测试曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将聚偏氟乙烯和植物蛋白溶解在n,n-二甲基乙酰胺中，形成淡黄色的溶液，将黏土溶解在n,n-二甲基乙酰胺中，然后将两种溶液混合在一起，形成混合溶液，向混合液中加入双三氟甲磺酰亚胺基锂，得到初步溶液；

步骤二，采用延流法，将溶液在干净的玻璃板上流延，于120℃的真空烘箱中干燥40min，得到聚合物电解质薄膜。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤一所述使用的植物蛋白和聚偏氟乙烯质量比为4：5，其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于：步骤一所述使用的黏土与混合基体的质量比为0.02～0.13：1，最佳为0.09：1，其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点在于：步骤一所述使用的双三氟甲磺酰亚胺基锂的质量分数为42％，其他与具体实施方式一至三之一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果。

具体实施例

本实施例方式的一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，称取0.25g聚偏氟乙烯和0.2g植物蛋白加入容量瓶中，加入4mln,n-二甲基乙酰胺溶剂，搅拌12h至基体材料充分溶解；

步骤二，称取0.01～0.06g黏土加入容量瓶中，加入2mln,n-二甲基乙酰胺溶剂，搅拌12h直至充分溶解，之后将上述操作所得到的黏土溶液加入到步骤一所得到的混合溶液中，继续搅拌6h；

步骤三，向上述所得混合溶液加入0.4g双三氟甲磺酰亚胺基锂，继续搅拌6h后，浇铸在干净的玻璃板上，于120℃的真空烘箱中烘干，得到黏土增强聚合物电解质薄膜。

从图1可以看出，黏土的含量为0.04g时所得到的聚合物电解质薄膜具有最佳地电导率，电导率为4.8×10^-4s/cm。

从图2可以看出，本发明所得到的聚合物电解质薄膜的电化学稳定窗口可以达到4.2v。

从图3可以看出，电池在0.5c下进行了50次充放电循环，首次充放电比容量分别为102.2mah·g^-1和98.2mah·g^-1，第50次充放电比容量分别为62.6mah·g^-1和62.7mah·g^-1，电池50次充放电测试中电池的库伦效率平均值在99.8％以上，表明电池良好的循环性能。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种黏土增强聚合物电解质薄膜的制备方法，该聚合物电解质具有4.2V的电化学稳定窗口，室温下电导率为4.8×10‑4 S/cm，其组成包括聚偏氟乙烯和植物蛋白，双三氟甲磺酰亚胺基锂以及黏土，本发明提供的聚合物电解质，其添加的黏土能够有效的增加聚偏氟乙烯和植物蛋白混合基体中的非晶区，植物蛋白的加入使聚合物电解质薄膜孔隙率增加，有利于的锂离子迁移，从而大大提高了聚合物电解质薄膜的电导率，本发明属于黏土增强聚合物电解质，绿色环保，且具有高电导率以及宽的稳定窗口。

技术研发人员：李丽波;周达;翟墨;杜金田
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.04.15
技术公布日：2019.06.14