一种柔性固态电解质膜及其制备方法和应用

本发明属于电池，具体涉及一种柔性固态电解质膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂/钠离子电池具有能量密度高、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应等优势，在便携式电子产品、大规模电网储能、绿色交通运输、航空航天等领域发挥着重要作用，然而传统液态电解质存在易挥发、易燃、易泄露、易爆炸等安全隐患，电池存在着火、爆炸等风险。

2、固态电解质的热稳定性好，能在根本上解决传统液态电池的安全隐患问题，并兼具隔膜的功能，在提高能量密度、抑制锂枝晶生长、延长循环寿命、简化电池制备工艺等方面具有显著优势。固态电解质分为有机电解质和无机电解质。有机高分子电解质的柔韧性较好，与电极材料之间的界面接触性较好，而且廉价易得，但存在室温离子电导率低、电化学窗口窄、力学性能和热稳定性差、薄膜厚度大等缺点。无机固态电解质的离子电导率较高，但存在密度高、柔韧性较差、与电极的界面阻抗较大等缺点，而且制备工艺复杂、难以获得薄膜。因而，亟待开发一种离子电导率高、柔韧性高且力学性能优异的固态电解质薄膜。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性固态电解质膜及其制备方法和应用，本发明提供的方法制备得到的柔性固态电解质膜具有离子电导率高、柔韧性高且力学性能优异的特点。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种柔性固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

4、将聚合物纤维、碱性试剂和溶剂第一混合，得到纤维分散液；

5、将所述纤维分散液在基底表面进行涂覆，将得到的湿膜进行冷冻干燥，得到多孔聚合物薄膜骨架；

6、将塑晶熔体和碱金属盐第二混合，得到浸渍液；

7、将所述多孔聚合物薄膜骨架在所述浸渍液中浸渍后，经干燥得到所述柔性固态电解质膜。

8、优选的，所述聚合物纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚偏氟乙烯纤维、可溶性聚酰亚胺纤维和纤维素纤维中的一种或几种；

9、所述溶剂包括水、叔丁醇、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；

10、所述碱性试剂包括氢氧化钾和/或氢氧化钠。

11、优选的，所述聚合物纤维和碱性试剂的质量比为1：0.2～1.5；

12、所述纤维分散液中聚合物纤维的质量浓度为15～20mg/ml。

13、优选的，所述冷冻干燥的温度为≤-20℃，时间为≥24h。

14、优选的，所述多孔聚合物薄膜骨架的厚度为80～300μm。

15、优选的，所述塑晶熔体中的塑晶包括丁二腈、戊二腈、己二腈、癸二腈和n,n-甲基丙基吡咯烷鎓中的一种或几种；

16、所述碱金属盐包括锂盐和/或钠盐；

17、所述塑晶熔体和碱金属盐的质量比为20～80：3～12。

18、优选的，所述高分子聚合物包括聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；

19、所述塑晶熔体和高分子聚合物的质量比为20～80：0.5～3。

20、优选的，所述浸渍的时间≥4h，温度为45℃；

21、所述干燥的条件为：在30℃下真空干燥120h。

22、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的柔性固态电解质膜，所述柔性固态电解质膜的室温离子电导率为0.1～3ms/cm。

23、本发明还提供了上述技术方案所述的柔性固态电解质膜在锂离子电池或钠离子电池中的应用。

24、本发明提供了一种柔性固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：将聚合物纤维、碱性试剂和溶剂第一混合，得到纤维分散液；将所述纤维分散液在基底表面进行涂覆，将得到的湿膜进行冷冻干燥，得到多孔聚合物薄膜骨架；将塑晶熔体和碱金属盐第二混合，得到浸渍液；将所述多孔聚合物薄膜骨架在所述浸渍液中浸渍后，经干燥得到所述柔性固态电解质膜。本发明通过调控多孔聚合物薄膜骨架结构形貌，调整多孔聚合物薄膜骨架与塑晶晶体、碱金属盐、高分子聚合物中有机基团的相互作用，进而促进碱金属盐的解离以及碱金属离子的传输，最终使得到的柔性固态电解质膜具有离子电导率高、柔韧性高且力学性能优异的特点。

技术特征：

1.一种柔性固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚偏氟乙烯纤维、可溶性聚酰亚胺纤维和纤维素纤维中的一种或几种；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物纤维和碱性试剂的质量比为1：0.2～1.5；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为≤-20℃，时间为≥24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜骨架的厚度为80～300μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述塑晶熔体中的塑晶包括丁二腈、戊二腈、己二腈、癸二腈和n,n-甲基丙基吡咯烷鎓中的一种或几种；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液中还包括高分子聚合物；

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的时间≥4h，温度为45℃；

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的柔性固态电解质膜，其特征在于，所述柔性固态电解质膜的室温离子电导率为0.1～3ms/cm。

10.权利要求9所述的柔性固态电解质膜在锂离子电池或钠离子电池中的应用。

技术总结
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种柔性固态电解质膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种柔性固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：将聚合物纤维、碱性试剂和溶剂第一混合，得到纤维分散液；将所述纤维分散液在基底表面进行涂覆，将得到的湿膜进行冷冻干燥，得到多孔聚合物薄膜骨架；将塑晶熔体和碱金属盐第二混合，得到浸渍液；将所述多孔聚合物薄膜骨架在所述浸渍液中浸渍后，经干燥得到所述柔性固态电解质膜。本发明得到的柔性固态电解质膜具有离子电导率高、柔韧性高且力学性能优异的特点。

技术研发人员：刘乐浩,李美成,张冬梅,孟祥龙,莫金珊,胡炜昊,侯雯琰,施雨欣,樊倩霄,褚立华,姜冰,吕小军
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15