凝胶聚合物电解质及其制备方法
【专利摘要】一种凝胶聚合物电解质，凝胶基体、吸附至所述凝胶基体的锂盐及溶剂，所述凝胶基体包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子筛MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述介孔分子筛MCM-41的质量比为20:1~20:3，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及三氟甲磺酸锂中的至少一种，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述锂盐的质量比为18：1~18：3.5，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶剂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2:1~0.5:1。该凝胶聚合物电解质可以提高使用该凝胶聚合物电解质的电导率较高。本发明还提供一种凝胶聚合物电解质的制备方法。
【专利说明】凝胶聚合物电解质及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凝胶聚合物电解质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]凝胶聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。凝胶聚合物电解质是一种新型的功能高分子材料，可同时作为隔膜和电解质材料，可使电池薄形化，从而提高电池造型设计的灵活性。目前，凝胶聚合物电解质的电导率较低。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要提供一种电导率较高的凝胶聚合物电解质及其制备方法。
[0004]一种凝胶聚合物电解质，包括:凝胶基体、吸附至所述凝胶基体的锂盐及溶剂，所述凝胶基体包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子筛MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述介孔分子筛MCM-41的质量比为20:广20:3，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及三氟甲磺酸锂中的至少一种，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述锂盐的质量比为18:1~18:3.5，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶剂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2: 1~0.5:1。
[0005]在其中一个实施例中，所述介孔分子筛MCM-41的粒径为3 μ m~1Ο μ m。
[0006]在其中一个实施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为3万~30万。
[0007]一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008]将聚甲基丙烯酸甲酯溶于有机溶剂中，搅拌均匀后加入介孔分子筛MCM-41，在300C~50°C下搅拌均匀形成浆料，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述介孔分子筛MCM-41的质量比为20:1~20:3 ；
[0009] 除去所述浆料中的有机溶剂得到凝胶基体；
[0010]将所述凝胶基体浸入含有锂盐的电解液中以吸附所述锂盐及所述电解液中的溶剂，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及三氟甲磺酸锂中的至少一种，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，；及
[0011]将吸附有所述锂盐及所述溶剂的凝胶基体取出得到凝胶聚合物电解质，所述聚甲基丙烯酸甲酯与吸附的锂盐的质量比为18 18:3.5，吸附的溶剂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2:1~0.5:1。
[0012]在其中一个实施例中，所述介孔分子筛的粒径为3μm~?0μm。
[0013]在其中一个实施例中，所述电解液的溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述电解液中所述锂盐的浓度为0.5mol/r1.5mol/L。
[0014]在其中一个实施例中，将所述凝胶基体浸入所述电解液中5分钟~60分钟以吸附锂盐。
[0015]在其中一个实施例中，将浆料浇铸在玻璃板上，然后在60°C ~100°C下真空干燥以除去有机溶剂。
[0016]在其中一个实施例中，所述介孔分子筛MCM-41由以下步骤制备:
[0017]将十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下搅拌10分钟~100分钟，再加入乙二胺搅拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺与所述乙二胺的质量比为1:4~1:2.5 ;
[0018]向所述均相溶液中缓慢加入正硅酸乙酯，搅拌6小时~12小时后静置15小时~30小时，过滤后将得到的固体物洗涤至中性并干燥得到前驱体；及
[0019]除去所述前驱体中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子筛MCM-41。
[0020]在其中一个实施例中，将前驱体在400°C飞00°C下焙烧3小时~10小时以除去
十六烷基三甲基溴化胺。
[0021]上述凝胶聚合物电解质及其制备方法，通过加入介孔分子筛MCM-41提高了该凝胶聚合物电解质的电导率。
【专利附图】
【附图说明】[0022]图1为一实施方式的凝胶聚合物电解质的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对凝胶聚合物电解质及其制备方法进一步阐明。
[0024]一实施方式的凝胶聚合物电解质，包括凝胶基体、吸附至凝胶基体的锂盐及溶剂。凝胶基体包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子筛MCM-41。聚甲基丙烯酸甲酯与介孔分子筛MCM-41的质量比为20: f 20:3。锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)及三氟甲磺酸锂(LiSO3CF3)中的至少一种，聚甲基丙烯酸甲酯与锂盐的质量比为18:1~18:3.50溶剂由碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)混合形成，溶剂与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2:1~0.5:1。
[0025]优选的，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为3万~30万。
[0026]优选的，凝胶基体为厚度为50 μ πm200 μ m的凝胶薄膜。
[0027]优选的，EC、EMC的体积比为1:5~1:1。
[0028]优选的，介孔分子筛MCM-41的粒径为3 μ πm?Ο μ m。
[0029]本实施方式中，介孔分子筛MCM-41由以下步骤制备:
[0030]步骤一、将十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下搅拌10分钟~100分钟，再加入乙二胺(EDA)搅拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺与乙二胺的质量比为1:41:2.5。
[0031]步骤二、向均相溶液中缓慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，搅拌6小时~12小时后静置15小时~30小时，过滤后将得到的固体物洗涤至中性并干燥得到前驱体。
[0032]步骤三、除去前驱体中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子筛MCM-41。
[0033]优选的，使用去离子水将得到的固体物洗涤至中性。
[0034]优选的，在40°C~70°C下干燥。
[0035]优选的，十六烷基三甲基溴化胺与水的固液比为Ig: 10ml~7g:60ml。
[0036]优选的，正硅酸乙酯与十六烷基三甲基溴化胺的质量比为1:广1:1.4。[0037]优选的，将前驱体在400°C飞00°C下焙烧3小时~10小时以除去十六烷基三甲基
溴化胺。
[0038]上述凝胶聚合物电解质中，通过加入介孔分子筛MCM-41，使得该凝胶聚合物电解质的电导率较高且使用该凝胶聚合物电解质的锂离子电池的比容量较高。
[0039]请参阅图1，上述凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤:
[0040]步骤S210、将聚甲基丙烯酸甲酯溶于有机溶剂中并搅拌均匀后加入介孔分子筛MCM-41，在30°C~50°C下搅拌均匀形成浆料，其中，聚甲基丙烯酸甲酯与介孔分子筛MCM-41的质量比为20:1~20:3。
[0041]优选的，有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)及乙腈(AN)中的至少一种。 [0042]优选的，聚甲基丙烯酸甲酯与有机溶剂的固液比为Ig:4πι2δ:3ml。
[0043]优选的，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为3万~30万。
[0044]优选的，介孔分子筛MCM-41的粒径为3 μ π?Ο μ m。
[0045]本实施方式中，介孔分子筛MCM-41由以下步骤制备:
[0046]步骤一、将十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下搅拌10分钟~100分钟，再加入乙二胺(EDA)搅拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺与乙二胺的质量比为1:41:2.5。
[0047]优选的，十六烷基三甲基溴化胺与水的固液比为Ig: 10ml~7g:60ml。
[0048]步骤二、向均相溶液中缓慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，搅拌6小时~12小时后静置15小时~30小时，过滤后将得到的固体物洗涤至中性并干燥得到前驱体。
[0049]该步骤中，发生如下反应:
[0050]
【权利要求】
1.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于，包括:凝胶基体、吸附至所述凝胶基体的锂盐及溶剂，所述凝胶基体包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子筛MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述介孔分子筛MCM-41的质量比为20:广20:3，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及三氟甲磺酸锂中的至少一种，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述锂盐的质量比为18:1-18:3.5，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶剂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2: 1-0.5:1。
2.根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述介孔分子筛MCM-41的粒径为3 μ π-?Ο μ m。
3.根据权利要求2所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为3万~30万。
4.一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将聚甲基丙烯酸甲酯溶于有机溶剂中，搅拌均匀后加入介孔分子筛MCM-41，在300C~50°C下搅拌均匀形成浆料，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯与所述介孔分子筛MCM-41的质量比为20:1~20:3 ； 除去所述浆料中的有机溶剂得到凝胶基体； 将所述凝胶基体浸入含有锂盐的电解液中以吸附所述锂盐及所述电解液中的溶剂，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂及三氟甲磺酸锂中的至少一种，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成；及 将吸附有所述锂盐及所述溶剂的凝胶基体取出得到凝胶聚合物电解质，所述聚甲基丙烯酸甲酯与吸附的锂盐的质量比为18:1-18:3.5，吸附的溶剂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.2:1~0.5:1。
5.根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述介孔分子筛的粒径为3 μ π-?Ο μ m。
6.根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述电解液中所述锂盐的浓度为0.5mol/L^l.5mol/L。
7.根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，将所述凝胶基体浸入所述电解液中5分钟飞O分钟以吸附锂盐。
8.根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，将浆料浇铸在玻璃板上，然后在60°C ~100°C下真空干燥以除去有机溶剂。
9.根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述介孔分子筛MCM-41由以下步骤制备: 将十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下搅拌10分钟~100分钟，再加入乙二胺搅拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺与所述乙二胺的质量比为1:4~1:2.5 ; 向所述均相溶液中缓慢加入正硅酸乙酯，搅拌6小时~12小时后静置15小时~30小时，过滤后将得到的固体物洗涤至中性并干燥得到前驱体；及 除去所述前驱体中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子筛MCM-41。
10.根据权利要求9所述的凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，将前驱体在4000C飞00°C下焙烧3小时~10小时以除去十六烷基三甲基溴化胺。
【文档编号】H01M10/058GK103682421SQ201210327407
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月6日 优先权日:2012年9月6日
【发明者】周明杰, 刘大喜, 王要兵, 钟玲珑 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司