一种简便制备锂离子电池聚合物电解质薄膜的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种简便制备大规格锂离子电池聚合物电解质薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]
随着经济的发展和文明的进步，人类对于能源的依赖越来越倾向于可持续、环境友好的新能源体系。锂离子电池诞生于20世纪末，是一种绿色高能环保型电池，以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优点在众多化学电源中脱颖而出，自20世纪90年代商品化以来因其性能优越而备受关注，成为纯电动EV和混合动力HEV的主流动力电源之一。然而，有机电解液的存在会引起许多安全问题，进而制约其发展，在高温、短路、过充放、挤压和撞击等情况下，容易出现冒烟、着火甚至爆炸的现象，故无法很好满足EV和HEV的实用需要。聚合物电解质可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，并可实现电池的薄化、轻便化和形状可变性。且操作简便，聚合物电解质在电池、燃料敏化太阳能电池、超级电容器、化学传感器和电致变色等领域受到广泛关注。许多聚合物体系被用于研究固体溶剂对离子的作用机理，但是直到现在固体聚合物电解质仍然不能满足工业化大规模生产的需要；低造价使聚合物薄膜电解质成为锂离子电池制造中最有潜力的材料之一。
[0003]浇铸法是一种使用广泛，操作简便，能够获得高质量，理想尺寸隔膜的成型方法。浇铸法是将高分子基体，锂盐，无机粒子等成分加入到溶剂中，得到均匀混合稳定的浆料，将其浇铸在干净平整的玻璃板或聚四氟乙烯上，得到均匀平铺，性质均一稳定的液层，真空干燥直至完全溶剂挥发即可，最终得到聚合物电解质膜。该法设备简单、便于操作、生产效率高、工艺稳定、因此在隔膜的材料制备与成型工艺中有广泛的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决锂离子电池电解液漏液问题和固体电解质膜电导率不理想等问题，本发明提供一种制备PVdF/PVA/MMT固体聚合物电解质薄膜的方法。
[0005]本发明的制备PVdF/PVA/MMT固体聚合物电解质薄膜的方法，
它包括如下步骤。
[0006]步骤一:将待用的PVdF，PVA放置于干燥箱干燥处理。
[0007]步骤二:将 0.5g PVdF溶于 2-3ml DMF溶剂 15 小时，将 2wt %-6wt %MMT 溶于 l_2mlTHF溶剂15小时，二者混合后再继续搅拌15小时保证高分子溶液均匀稳定。
[0008]步骤三:将搅拌好的溶液超声处理5-10分钟。
[0009]步骤四:先将0.lg PVA溶于l-2ml DMF溶剂2小时，与混有PVdF和MMT的溶液继续混合，加入适量锂盐并继续搅拌6小时直至溶液均匀稳定。
[0010]步骤五:重复步骤三，然后执行步骤六。
[0011]步骤六:将搅拌好的高分子溶液倾倒在洁净的玻璃板上，根据不同的宽度与厚度需要，制作成不同厚度的纸条，外包透明胶带，设定好水平宽度，固定在玻璃板上，做成简易模型，然后浇铸得到厚度均一的液层后放置直至没有气泡出现。
[0012]步骤七:将玻璃板放入真空干燥箱进行烘干处理，加热温度120°C，时间60min钟后取出待用。在真空干燥前，在干燥箱里放置五氧化二磷，以便吸收蒸出的溶剂而不损害干燥箱。用14_的冲片机将薄膜冲成大小相同的圆片，以备装电池时使用。
[0013]本发明的优点在于:长时间搅拌可以使聚合物PVdF、PVA溶解充分，MMT充分插入到PVdF基体中，得到的膜的薄厚和规格容易控制，制备方法简单便捷，得到的薄膜机械性能良好，电化学性能比较理想，薄厚均匀，具有良好的物理外观，成本较低。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA的SEM示意图。
[0015]图2为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的SEM示意图。
[0016]图3为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA薄膜的90°视角的AFM示意图。
[0017]图4为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的90°视角的AFM示意图。
[0018]图5为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的拉伸应力测试图，横坐标为位移，纵坐标为载荷。
[0019]图6为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜的热重分析图，横坐标为温度，纵坐标为失重率。
[0020]图7为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜组装成电池的线性伏安扫描图，横坐标为电位，纵坐标为电流。
[0021]图8为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜组装成电池的循环伏安图，横坐标为电位，纵坐标为电流。
[0022]图9为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜组装成电池的阻抗图，横坐标为阻抗实部，纵坐标为阻抗虚部。
[0023]图10为本发明的【具体实施方式】一中PVdF/PVA/MMT薄膜组装成电池的充放电图，横坐标为循环次数，纵坐标为放电比容量。
[0024]
【具体实施方式】
[0025]【具体实施方式】一:本实施方式所述的制备PVdF/PVA/MMT固体聚合物电解质薄膜的方法，制备PVdF/PVA/MMT固体聚合物电解质薄膜的方法，
它包括如下步骤。
[0026]步骤一:将待用的PVdF，PVA放置于干燥箱干燥处理。
[0027]步骤二:将 0.5g PVdF溶于 2-3ml DMF溶剂 15 小时，将 2wt%_6wt% MMT 溶于 l_2mlTHF溶剂15小时，二者混合再继续搅拌15小时保证高分子溶液均匀稳定。
[0028]步骤三:将搅拌好的溶液超声处理5-10分钟。
[0029]步骤四:事先将0.lg PVA溶于l-2ml DMF溶剂2小时，与混有PVdF和MMT的溶液继续混合，加入适量锂盐并继续搅拌6小时直至溶液均匀稳定。
[0030]步骤五:重复步骤三，然后执行步骤六。
[0031]步骤六:将搅拌好的高分子溶液倾倒在洁净的玻璃板上，将搅拌好的高分子溶液倾倒在洁净的玻璃板上，根据不同的宽度与厚度需要，制作成不同厚度的纸条，外包透明胶带，设定好水平宽度，固定在玻璃板上，做成简易模型，然后浇铸得到厚度均一的液层后放置直至没有气泡出现。
[0032]步骤七:将玻璃板放入真空干燥箱进行烘干处理，加热温度120°C，时间60min钟后取出待用。在真空干燥前，在干燥箱里放置五氧化二磷，以便吸收蒸出的溶剂而不损害干燥箱。用14_的冲片机将薄膜冲成大小相同的圆片，以备装电池时使用。
[0033]本实施方式在称量瓶中进行，避免空气中的杂质污染溶液；
良好的电化学稳定性、良好的电解液亲和性、优秀的机械性能使得PVdF很适合用来制备锂离子电池隔膜。此外，PVdF还具有较高的介电常数和较低的玻璃化转变温度，有利于锂盐的解离，提高聚合物电解质体系内的载流子数目。因此PVdF是制备凝胶电解质较理想的聚合物。但是PVdF中晶区的存在限制了离子的传导，因此需要对其进行改性，由于PVA分子含有较长支链，具有良好的柔顺性，玻璃化温度低，有很高的拉伸和抗冲击强度，可以将PVA共混于PVdF中，破坏聚合物规整性，以提高锂离子电解质膜的导电率。
[0034]此外，无机盐类物质能在聚合的过程中受热挥发，将孔道数目和直径增加，插层作用和造孔作用都利于锂离子的迀移，此