凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】一種凝膠聚合物電解質(zhì)，凝膠基體及吸附于所述凝膠基體內(nèi)的電解液，所述凝膠基體為摻雜有鈦酸鹽的聚氯乙烯，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05~0.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種，所述電解液由四氟硼酸鋰溶解在碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中形成，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高。本發(fā)明還提供一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法。
【專利說明】凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池因具有安全、無泄漏、漏電流小等優(yōu)點而被研究者們所重視。凝膠聚合物電解質(zhì)是一種新型的功能高分子材料，可同時作為隔膜和電解質(zhì)材料，可使電池薄形化，從而提高電池造型設(shè)計的靈活性。目前，凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種電導(dǎo)率較高的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法。
[0004]一種凝膠聚合物電解質(zhì)，包括:凝膠基體及吸附于所述凝膠基體內(nèi)的電解液，所述凝膠基體為摻雜有鈦酸鹽的聚氯乙烯，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05、.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種，所述電解液由四氟硼酸鋰溶解在碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中形成，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。
[0005]在其中一個實施例中，所述聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
[0006]在其中一個實施例中，所述凝膠基體為厚度為50 μ πm~200 μ m的薄膜。
[0007]在其中一個實施例中，所述四氟硼酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/L~1.5mol/L，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為廣3:3^10:1。
[0008]一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]將聚氯乙烯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入鈦酸鹽，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05、.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種；
[0010]將得到的漿料涂覆成膜，進行干燥，得到凝膠基體；
[0011]將四氟硼酸鋰溶解到碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯中，形成電解液；及
[0012]將所述凝膠基體加入到所述電解液中浸泡5分鐘~60分鐘，使所述電解液吸附于所述凝膠基體內(nèi)，得到凝膠聚合物電解質(zhì)，其中，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。
[0013]在其中一個實施例中，所述聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
[0014]在其中一個實施例中，所述凝膠基體為厚度為50 μ πm~200 μ m的薄膜。
[0015]在其中一個實施例中，所述電解液中四氟硼酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/L~1.5mol/L，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為f 3:3^10:1。
[0016]在其中一個實施例中，所述有機溶劑選自環(huán)己酮、二氯乙烷及四氫呋喃中的至少一種。
[0017]在其中一個實施例中，所述漿料涂覆成膜的步驟具體為:將漿料均勻地涂在平板上，然后在溫度為40°C~80°C，壓強為0.01Mpa的條件下進行干燥。
[0018]上述凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，通過鈦酸鋰改性提高了該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一實施方式的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法進一步闡明。
[0021]一實施方式的凝膠聚合物電解質(zhì)，凝膠基體及吸附于所述凝膠基體內(nèi)的電解液，所述凝膠基體為摻雜有鈦酸鹽的聚氯乙烯(PVC)，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05^0.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鍶(SrTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)及鈦酸鈣(CaTiO3)中的至少一種，所述電解液由四氟硼酸鋰(LiBF4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙稀酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)中形成，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。
[0022]優(yōu)選的，聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
[0023]優(yōu)選的，凝膠基體為厚度為50 μ m-200 μ m的薄膜。
[0024]優(yōu)選的，電解液中所述四氟硼酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/L~1.5mol/L，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為1-3:3^10:1。
[0025]上述凝膠聚合物電解質(zhì)中，通過鈦酸鋰改性使得該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高且使用該凝膠聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池的比容量較高。
[0026]請參閱圖1，上述凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:
[0027]步驟S210、將聚氯乙烯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入鈦酸鹽，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05、.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種。
[0028]優(yōu)選的，聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
[0029]優(yōu)選的，有機溶劑選自環(huán)己酮、二氯乙烷及四氫呋喃中的至少一種。
[0030]優(yōu)選的,有機溶劑的添加量為聚氯乙烯與所述有機溶劑的質(zhì)量比為1:2"!: 5。
[0031]步驟S220、將得到的漿料涂覆成膜，進行干燥，得到凝膠基體。
[0032]優(yōu)選的，將漿料真空干燥以除去有機溶劑。
[0033]優(yōu)選的，漿料涂覆成膜的步驟具體為:將漿料澆鑄在平板上，然后在溫度為400C~80°C，壓強為0.01Mpa的條件下進行干燥。本實施方式中，平板為玻璃板。
[0034]優(yōu)選的，形成的凝膠基體為厚度為50 μm-200 μ m的薄膜。
[0035]步驟S230、將四氟硼酸鋰溶解到碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯中，形成電解液
[0036]優(yōu)選的，電解液中鋰鹽的濃度為0.5mol/L"l.5mol/L。
[0037]優(yōu)選的，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為1-3:3~10:1。
[0038]步驟S240、將凝膠基體加入到電解液中浸泡5分鐘~60分鐘，得到凝膠聚合物電解質(zhì)，其中，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。[0039]優(yōu)選的，將凝膠基體浸入電解液中5分鐘~60分鐘以吸附電解液。
[0040]優(yōu)選的，凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為80 μ m~160 μ m。
[0041]上述凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法操作簡單，得到的凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高，且使得使用該凝膠聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池的比容量較高。
[0042]以下為具體實施例。
[0043]實施例1
[0044]本實施例凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法包括如下步驟:
[0045](I)凝膠基體的制備:
[0046]稱取IOg重均分子量為8萬的PVC (聚氯乙烯)，溶于30g環(huán)己酮中，攪拌均勻，再加入1.0g鈦酸鋇(BaTiO3),然后升溫至40°C繼續(xù)攪拌，使溶液分散均勻，得到漿料。將得到的漿料均勻地涂覆在潔凈的玻璃板上，在溫度為80°C，壓強為0.01Mpa條件下真空干燥，得到厚度為80 μ m的凝膠基體。 [0047](2)制備凝膠聚合物電解質(zhì):
[0048]將凝膠基體放入充滿氬氣的手套箱中，并將其浸入到100ml 1.0mol/L的四氟硼酸鋰的電解液中，該電解液中溶劑為碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的混合溶劑，碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的體積比為2:5:1，浸泡30分鐘時候，取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為92 μ m。
[0049]實施例2
[0050]本實施例凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法包括如下步驟:
[0051](I)凝膠基體的制備:
[0052]稱取IOg分子量為5萬的PVC (聚氯乙烯)，溶于50g 二氯乙烷中，攪拌均勻，再加入0.5g鈦酸鍶(SrTiO3),然后升溫至30°C繼續(xù)攪拌，使溶液分散均勻，得到漿料。將得到的漿料均勻地涂覆在潔凈的玻璃板上，在溫度為40°C，壓強為0.01Mpa條件下真空干燥，得到厚度為150 μ m的凝膠基體。
[0053](2)制備凝膠聚合物電解質(zhì):
[0054]將凝膠基體放入充滿氬氣的手套箱中，并將其浸入到100ml 0.5mol/L的四氟硼酸鋰的電解液中，該電解液中溶劑為碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的混合溶劑，碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的體積比為3:8:1，浸泡60分鐘時候，取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為170 μ m。
[0055]實施例3
[0056]本實施例凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法包括如下步驟:
[0057](I)凝膠基體的制備:
[0058]稱取IOg分子量為12萬的PVC(聚氯乙烯)，溶于20g四氫呋喃中，攪拌均勻，再加入1.5g鈦酸鉛(PbTiO3)，然后升溫至50°C繼續(xù)攪拌，使溶液分散均勻，得到漿料。將得到的漿料均勻地涂覆在潔凈的玻璃板上，在溫度為60°C，壓強為0.01Mpa條件下真空干燥，得到厚度為200 μ m的凝膠基體。
[0059](2)制備凝膠聚合物電解質(zhì):
[0060]將凝膠基體放入充滿氬氣的手套箱中，并將其浸入到100ml 1.5mol/L的四氟硼酸鋰的電解液中，該電解液中溶劑為碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的混合溶劑，碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的體積比為1:3:1，浸泡5分鐘時候，取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為220 μ m。
[0061]實施例4
[0062]本實施例凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法包括如下步驟:
[0063](I)凝膠基體的制備:
[0064]稱取IOg分子量為10萬的PVC (聚氯乙烯)，溶于35g四氫呋喃中，攪拌均勻，再加入1.0g鈦酸鈣(CaTiO3),然后升溫至40°C繼續(xù)攪拌，使溶液分散均勻，得到漿料。將得到的漿料均勻地涂覆在潔凈的玻璃板上，在溫度為100°C，壓強為0.01Mpa條件下真空干燥，得到厚度為50 μ m的凝膠基體。
[0065](2)制備凝膠聚合物電解質(zhì):
[0066]將凝膠基體放入充滿氬氣的手套箱中，并將其浸入到100ml 1.2mol/L的四氟硼酸鋰的電解液中，該電解液中溶劑為碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的混合溶劑，碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的體積比為2:10:1，浸泡40分鐘時候，取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為65 μ m。
[0067]對比例
[0068](I)凝膠基體的制備:
[0069]稱取IOg分子量為8萬的PMMA (聚氯乙烯)，溶于30g環(huán)己酮中，然后升溫至40°C繼續(xù)攪拌，使溶液分散均勻，得到漿料。將得到的漿料均勻地涂覆在潔凈的玻璃板上，在溫度為80°C，壓強為0.01Mpa條件下真空干燥，得到厚度為80 μ m的凝膠基體。
[0070](2)制備凝膠聚合物電解質(zhì):
[0071]將凝膠基體放入充滿氬氣的手套箱中，并將其浸入到100ml 1.0mol/L的四氟硼酸鋰的電解液中，該電解液中溶劑為碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的混合溶劑，碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯的體積比為2:5:1，浸泡30分鐘時候，取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)的厚度為95 μ m。
[0072]將實施例f 4及對比例制備的凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池中進行0.1C充放電測試。
[0073]其中鋰離子電池由以下步驟制備:稱取9.0g LiFeP04、0.5g乙炔黑和0.5g聚偏氟乙烯(PVDF)，并加入20g甲基吡咯烷酮(NMP)，充分攪拌使之成為混合均勻的漿料。然后將其刮涂于經(jīng)乙醇清洗過的鋁箔上，在0.01MPa的真空下80°C干燥至恒重，并于l(Tl5MPa壓力下輥壓制成LiFePO4電極，并切成正極圓片。鋰片作為負極。將實施例1~4和對比例中制備好了的凝膠電解質(zhì)置于正負極之間，在沖壓機上封口制成扣式電池。
[0074]在2.5^4.2V的電壓范圍內(nèi)，利用充放電測試儀對本實施例中組裝好的鋰離子電池進行0.1C充放電測試，其性能數(shù)據(jù)列于下表:
[0075]表1
[0076]
【權(quán)利要求】
1.一種凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，包括:凝膠基體及吸附于所述凝膠基體內(nèi)的電解液，所述凝膠基體為摻雜有鈦酸鹽的聚氯乙烯，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05、.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種，所述電解液由四氟硼酸鋰溶解在碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中形成，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述凝膠基體為厚度為50 μ πm~200 μ m 的薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述電解液中所述四氟硼酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/L~1.5mol/L，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為廣3:3~10:1。
5.一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將聚氯乙烯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入鈦酸鹽，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚氯乙烯與所述鈦酸鹽的質(zhì)量比為1:0.05、.15，所述鈦酸鹽選自鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鉛及鈦酸鈣中的至少一種； 將得到的漿料涂覆成膜，進行干燥，得到凝膠基體； 將四氟硼酸鋰溶解到碳酸乙稀酯、碳酸甲乙酯與碳酸丙烯酯中，形成電解液；及 將所述凝膠基體加入到所述電解液中浸泡5分鐘~60分鐘，使所述電解液吸附于所述凝膠基體內(nèi)，得到凝膠聚合物電解質(zhì)，其中，所述凝膠基體與所述電解液的質(zhì)量比為2:3~7:3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述聚氯乙烯的重均分子量為5萬~12萬。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述凝膠基體為厚度為50 μ πm~200 μ m的薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述電解液中四氟硼酸鋰的摩爾濃度為0.5mol/L~1.5mol/L，所述碳酸乙稀酯、所述碳酸甲乙酯與所述碳酸丙烯酯的體積比為廣3:3^10:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑選自環(huán)己酮、二氯乙烷及四氫呋喃中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述漿料涂覆成膜的步驟具體為:將漿料均勻地涂在平板上，然后在溫度為40°C~80°C，壓強為0.01Mpa的條件下進行干燥。
【文檔編號】H01M10/058GK103840197SQ201210476660
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】周明杰, 劉大喜, 王要兵, 鐘玲瓏 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司