一种聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合物电池的制作方法_5

文档序号:9767072阅读:来源:国知局
例7相同。
[0157] 实施例9
[0158] 本实施例用于说明本发明公开的聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合物电 池。
[0159] 1、所用分散剂溶液的浓度为0. 5wt%,其余均与实施例7相同,得到分散剂溶液。
[0160] 2、所用分散剂PEG相对于γ-Α1203的质量比为1. lwt%,其余均与实施例7相同, 得到含有无机颗粒的分散液。
[0161] 3、第二聚合物乳液P1040、第一聚合物乳液A202、S601的体积比为85 :1 :14,其余 均与实施例7相同,得到混合乳液,将其浇铸后的膜记为M9。其玻璃化转变温度的计算值为 54°C,第二聚合物乳液P1040相对于总乳液的体积分数为85 %。
[0162] 4、所用AE09相对于γ -A1203质量比lwt %,所用混合乳液的固含量相对于 γ-Α1203质量比为1 :9,所用增稠剂ΡΕ0的重均分子量为400000g/mol,所用增稠剂ΡΕ0相 对于Y-A120 3质量比为0. 9wt%。其余均与实施例7相同,得到涂膜液。
[0163] 5、与实施例7相同,分别得到PE膜上的聚合物膜Ma9和PTFE上的聚合物膜Mb9, Ma9的厚度为(1+1) μ m,Mb9的厚度为9. 9 μ m。
[0164] 6、在干燥房中,以卷绕的方式用聚合物膜Ma9隔开LiCo02E极片和Graphite负 极片,加入足量电解液,封口成软包SL435573型LiCo0 2/Graphite聚合物电池。其余均与 实施例7相同。
[0165] 对比例1
[0166] 本对比例用于对比说明本发明公开的聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合 物电池。
[0167] 1、采用玻璃化转变温度为38°C的纯丙乳液P1020(固含量50wt% ),其浇铸膜记 为R1,将其涂布到PE隔膜两侧和PTFE板上,在50°C下烘烤24h,得到PE隔膜上的致密的 聚合物膜Ral和PTFE板上的致密的聚合物膜Rbl,Ral的厚度为(1+1) μ m,Rbl的厚度为 12. 3 μ m〇
[0168] 2、将致密的聚合物膜Ral膜根据电池组装的要求裁成合适的尺寸,在50°C下真空 烘烤12h后,真空缓存。将LiCo0 2(100wt%),粘结剂PVDF(0.8wt%)和炭黑(0.5wt%)调 成楽料涂布于错箱上制成正极片(1^〇3〇 2)。将6抑卩11;^6(10(^1:%),粘结剂3131?(2¥1:%)和 增稠剂CMC(1. 2wt% )调成楽料涂布于铜箱上制成负极片(Graphite),在干燥房中,以卷绕 的方式用聚合物膜Ral隔开LiCo02E极片和Graphite负极片,加入足量电解液,封口成软 包 SL435573 型 LiCo02/Graphite 聚合物电池。
[0169] 对比例2
[0170] 本对比例用于对比说明本发明公开的聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合 物电池。
[0171] 1、与实施例1相同,形成0. 6wt%分散剂PAM的水溶液。
[0172] 2、与实施例1相同,形成含有无机颗粒α -A1203的分散液。
[0173] 3、将玻璃化转变温度为38°C的P1020(固含量50wt% )调节至pH = 8-9。其浇铸 膜记为R2。
[0174] 4、与实施例1相同,形成涂膜液。
[0175] 5、将涂膜液涂布到PE隔膜两侧和PTFE板上,在50°C下烘烤24h,得到PE隔膜上 的致密的聚合物膜Ra2和PTFE板上的致密的聚合物膜Rb2, Ra2的厚度为(1+1) μ m,Rb2的 厚度为?ο. 9 μ m。
[0176] 6、将致密的聚合物膜Ra2根据电池组装的要求裁成合适的尺寸,在50°C下真空烘 烤12h后,真空缓存。将LiCo0 2(100wt%),粘结剂PVDF(0.8wt%)和炭黑(0.5wt%)调成 浆料涂布于铝箔上制成正极片(LiCo0 2)。将Graphite(100wt% ),粘结剂SBR(2wt% )和 增稠剂CMC(1. 2wt% )调成楽料涂布于铜箱上制成负极片(Graphite),在干燥房中,以卷绕 的方式用聚合物膜Ra2隔开LiCo02E极片和Graphite负极片,加入足量电解液,封口成软 包 SL435573 型 LiCo02/Graphite 聚合物电池。
[0177] 对比例3
[0178] 本对比例用于对比说明本发明公开的聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合 物电池。
[0179] 1、与实施例4相同,形成0. 4wt%分散剂PVA的水溶液。
[0180] 2、与实施例4相同,形成含有无机颗粒Sn02的分散液。
[0181] 3、将玻璃化转变温度为-18°C的P1005(固含量50wt% )调节至pH = 8-9。其浇 铸膜记为R3。
[0182] 4、与实施例4相同,形成涂膜液。
[0183] 5、将涂膜液涂布到PE隔膜两侧和PTFE板上,在50°C下烘烤24h,得到PE隔膜上 的致密的聚合物膜Ra3和PTFE板上的致密的聚合物膜Rb3, Ra3的厚度为(1+1) μ m,Rb3的 厚度为?ο. 5 μ m。
[0184] 6、在干燥房中,以卷绕的方式用聚合物膜Ra3隔开LiCo02E极片和Graphite负 极片,加入足量电解液,封口成软包SL435573型LiCo0 2/Graphite聚合物电池。其余均与 比较例2相同。
[0185] 对比例4
[0186] 本对比例用于对比说明本发明公开的聚合物膜及其制备方法、凝胶电解质和聚合 物电池。
[0187] 1、与实施例7相同,形成0. 6wt%分散剂PEG的水溶液。
[0188] 2、与实施例7相同,形成含有无机颗粒γ -A1203的分散液。
[0189] 3、使用玻璃化转变温度为-18°C的P1005(固含量50wt% )乳液。其浇铸膜记为 R4。其余均与实施例7相同。
[0190] 4、与实施例7相同,形成涂膜液。
[0191] 5、将涂膜液涂布到PE隔膜两侧和PTFE板上,在50°C下烘烤24h,得到PE隔膜上 的致密的聚合物膜Ra4和PTFE板上的致密的聚合物膜Rb4, Ra4的厚度为(1+1) μ m,Rb4的 厚度为?ο. 5 μ m。
[0192] 6、在干燥房中,以卷绕的方式用聚合物膜Ra4隔开LiCo02E极片和Graphite负 极片,加入足量电解液,封口成软包SL435573型LiCo0 2/Graphite聚合物电池。其余均与 比较例2相同。
[0193] 性能测试
[0194] 1、表面形貌:
[0195] 采用扫描电子显微镜(SEM,JEOL,JSM-7600FE)观察实施例2得到的聚合物膜Ma2 表面的微观形貌。如图1所示。从图1中可知:在第二聚合物颗粒和无机颗粒之间存在较 多缝隙。
[0196] 2、透气度测试:
[0197] 隔膜的透气度(Gurley指数)指的是100mL气体在约3170Pa压力下通过96L 6mm2 隔膜纸的时间。采用离子交换膜性能测试装置对实施例1-9得到的聚合物膜Mal-9和对比 例1-4得到的致密膜Ral-4进行透气度测试。
[0198] 测试结果列于表1。
[0199] 表 1
[0200]
[0201]
[0202] 田农1结呆⑴知:本友明提供的衆合物膜具有1尤并的透η?生酡。
[0203] 3、吸液率测试:
[0204] 将实施例1-9得到的浇铸膜Μ1-9和比较例1-3得到的浇铸膜R1-3裁成直径为 17_的圆片,室温真空干燥后,称好质量后浸入到电解液中24h,然后取出用滤纸吸干膜表 面的液体并称量出此时的质量,操作都在充满氩气的手套箱中进行。
[0205] 按照公式计算吸液率:吸液率% = (l-W)/WX 100%
[0206] W为干膜的质量;
[0207] Wi为干膜在电解液中浸泡了 24h后的质量。
[0208] 吸液率的测试结果见表1。
[0209] 由表1数据可知:本发明提供的聚合物膜的吸液率得到了适当的降低。
[0210] 4、电导率测试:
[0211] 凝胶电解质的离子电导率用交流阻抗法测试。将实施例1-9得到的聚合物膜 Mbl-9和比较例1-4得到的致密的聚合物膜Rbl-4从PTFE板上剥离下,裁成直径为17mm的 圆片,室温真空干燥后,置于两个不锈钢(SS)电极之间,吸收足够量的电解液,密封于2016 型扣式电池后,进行交流阻抗实验,线性与实轴的交点即为凝胶电解质的本体电阻,由此可 以得到凝胶电解质的离子电导率:σ = L/A *R(其中L表示凝胶电解质的厚度,A为不锈钢 板与膜的接触面积,R为凝胶电解质的本体电阻)。
[0212] 计算得到凝胶电解质的电导率列于表1。
[0213] 由表1可知:本发明提供的聚合物膜制备的凝胶电解质的电导率非常高。
[0214] 5、粘性测试:
[0215] 对实施例2得到的成品电池(经过室温整压)进行解剖,并对所得到的正负极片 和隔膜进行拍照。
[0216] 结果如图2。
[0217] 由图2可知:本发明得到的聚合物膜在吸收电解液后对锂离子电池正负极均具有 极高的粘性,从而提高了软包电池的硬度。
[0218] 6、电化学稳定窗口测试:
[0219] 电化学稳定窗口的测试采用电化学工作站(上海辰华,CHI 660C)进行。以实施 例2得到的聚合物膜Ma2隔开金属锂片和钼片,注入足量电解液后,封口成2016型Li/Pt 聚合物电池。Pt为工作电极,Li为对电极和参比电极。
[0220] 其中,聚合物膜Ma2在吸收了足量电解液之后即成为凝胶电解质,采用线性扫描 伏安法来测试凝胶电解质的电化学窗口,扫描速率为0. 0005V/S,扫描范围为:3V-7V。
[0221] 测试结果如图3所示。
[0222] 测试结果表明:本发明提供的聚合物膜制备得到的凝胶电解质的分解电压高达 6. 5V,可用于耐高电压的聚合物电池。
[0223] 7、电池倍率性能测试
[0224] 采用(广州兰奇,BK6016)锂离子电池性能测试柜,对实施例1-9和比较例1-4得 到的分容后的聚合物电池进行倍率放电性能测试。
[0225] 倍率放电测试方法为:将电池用0. 5C (1C = 2520mA)恒流恒压充电至4. 35V,截止 电流为0. 02C,搁置5min,用0. 2C/0. 5C/1C/2C/3C/4C放电至3. 0V,记录放电容量。
[0226] 倍率放电测试结果列于表2。
[0227] 表 2
[0230] 表2中的测试结果表明:本发明提供的聚合物膜制备得到的聚合物电池具有优异 的高倍率放电性能。
[0231] 8、循环性能测试
[0232] 采用(广州兰奇,BK6016)锂离子电池性能测试柜,对实施例2和比较例3得到的 分容后的
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