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一种复合型聚合物 电解质的制备方法

阅读：226发布：2024-02-11

专利汇可以提供一种复合型聚合物电解质的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种复合型聚合物电解质的制备方法，属于新能源技术领域。本发明以戊二醛为交联剂，甘油为增塑剂，制备了强阴离子型-弱阳离子型复合型聚合物电解质膜作为电解阴阳极室之间的隔膜，通过掺杂钐、钆稀土元素形成电池的电解质材料，大幅提高其氧空位浓度，从而提高其离子导电性，并采用以孔制孔的方式制备聚合物电解质，这种方法既不损失聚合物基体的力学性能，又可以得到具有交联互通的多孔结构聚合物电解质，增强其柔韧性，使得聚合物膜表面疏松多孔，聚合物分子链段被圆柱状硅藻土结构完全撑开，使得聚合物膜拥有大量孔隙以及墨水瓶孔型三维立体通道，可以吸收并保留足够的电解液，提高离子电导率。，下面是一种复合型聚合物电解质的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）取硅藻土、硝化钆、硝酸钐，加入质量分数为75%乙醇溶液中，以300W超声波超声分散3～40min，得分散液；
（2）取硅烷偶联剂KH-570，加入质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为3.5～
4.0，搅拌均匀后加入分散液，在70～80℃下持续搅拌3～5h，过滤、水洗、干燥，得改性硅藻土；
（3）取壳聚糖、改性硅藻土，加入质量分数为2%醋酸溶液中搅拌均匀，再加入阿拉伯胶水溶液，以500～600r/min搅拌1～2h后加入甘油和戊二醛，并调节pH为4～5，搅拌均匀后在聚乙烯塑料基材上流延成膜并干燥，揭膜得复合型聚合物电解质。
2.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硅藻土、硝化钆、硝酸钐、质量分数75%乙醇溶液的重量份为10～15份硅藻土，0.18～0.24份硝化钆，0.16～0.20份硝酸钐，200～300份质量分数75%乙醇溶液。
3.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述硅烷偶联剂KH-570与质量分数50%乙醇溶液的质量比为1：10～1：25。
4.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述硅烷偶联剂KH-570与硅藻土的质量比为0.8：1～1.5：1。
5.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述壳聚糖、改性硅藻土、醋酸溶液、阿拉伯胶水溶液、甘油、戊二醛的重量份为3～6份壳聚糖，0.6～1.2份改性硅藻土，100～200份醋酸溶液，120～240份阿拉伯胶水溶液，2.0～3.2份甘油，0.1～0.2份戊二醛。
6.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述阿拉伯胶水溶液的质量分数为10～15%。
7.如权利要求1所述的一种复合型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述干燥过程为在50～60℃恒温摇床中干燥10～12h。

说明书全文

一种复合型聚合物 电解质的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合型聚合物电解质的制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

[0002] 由于传统的液态电解液使用了含有有机溶剂的电解质锂盐非水体系，使得所装配的锂离子二次电池在高温和长时间使用的条件下容易导致电解液泄漏、短路和爆炸等一系列的潜在危险。目前全世界政府机构在对电动汽车、电动混合汽车和电网的整合过程中制订的引领性法规文件，明确对所采用电池的安全性做了特别的说明。为此，作为替代传统液态电解液的聚合物电解质应运而生，用它组装的聚合物锂离子二次电池，除了具有传统液态锂离子电池的优点外，更主要的是它能避免因电解液的泄漏而导致的燃烧、爆炸等安全事故。此外，它还具有被设计和制造成任意形状和尺寸等优点，因此扩大了其在各种不同电子器件上的使用范围，增强了其市场竞争力。虽然目前聚合物锂离子电池还不能全面的取代传统液态裡离子电池，但是因其具有显著的优势，聚合物锂离子电池将会逐渐在能源储存与转化这个大舞台上继续扮演重要的角色并将发挥更大的作用。

[0003] 总的来说，聚合物电解质成功应用到锂离子电池将具有如下独特的优势：（1）有效抑制锂枝晶的生长，使金属锂作为负极材料成为可能；
（2）降低电解质与电极界面的反应活性；
（3）体系安全性更好；
（4）减缓电池工作时电极体积的突变；
（5）电池形状设计灵活可变，可塑性强。

[0004] 聚合物电解质发展至今，其种类越来越多，分类的方法也多种多样。按照所使用聚合物基体可以分为聚醚类、聚桂氧焼类等；按照所使用聚合物的分子结构可以分为线性、网状等；按照电解质的体系形态又可分为全固态聚合物电解质、凝胶态聚合物电解质、复合型聚合物电解质和其他新型聚合物电解质。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题：针对现有电解质离子电导率过低问题，提供了一种复合型聚合物电解质的制备方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）取硅藻土、硝化钆、硝酸钐，加入质量分数为75%乙醇溶液中，以300W超声波超声分散3～40min，得分散液；
（2）取硅烷偶联剂KH-570，加入质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为3.5～
4.0，搅拌均匀后加入分散液，在70～80℃下持续搅拌3～5h，过滤、水洗、干燥，得改性硅藻土；
（3）取壳聚糖、改性硅藻土，加入质量分数为2%醋酸溶液中搅拌均匀，再加入阿拉伯胶水溶液，以500～600r/min搅拌1～2h后加入甘油和戊二醛，并调节pH为4～5，搅拌均匀后在聚乙烯塑料基材上流延成膜并干燥，揭膜得复合型聚合物电解质。

[0007] 步骤（1）所述硅藻土、硝化钆、硝酸钐、质量分数75%乙醇溶液的重量份为10～15份硅藻土，0.18～0.24份硝化钆，0.16～0.20份硝酸钐，200～300份质量分数75%乙醇溶液。

[0008] 步骤（2）所述硅烷偶联剂KH-570与质量分数50%乙醇溶液的质量比为1：10～1：25。

[0009] 步骤（2）所述硅烷偶联剂KH-570与硅藻土的质量比为0.8：1～1.5：1。

[0010] 步骤（3）所述壳聚糖、改性硅藻土、醋酸溶液、阿拉伯胶水溶液、甘油、戊二醛的重量份为3～6份壳聚糖，0.6～1.2份改性硅藻土，100～200份醋酸溶液，120～240份阿拉伯胶水溶液，2.0～3.2份甘油，0.1～0.2份戊二醛。

[0011] 步骤（3）所述阿拉伯胶水溶液的质量分数为10～15%。

[0012] 步骤（3）所述干燥过程为在50～60℃恒温摇床中干燥10～12h。

[0013] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是：本发明以戊二醛为交联剂，甘油为增塑剂，制备了强阴离子型-弱阳离子型复合型聚合物电解质膜作为电解阴阳极室之间的隔膜，利用该膜具有的两性离子特征，通过膜中的-NH3+官能团能有效地阻止产物向阳极室扩散，同时通过膜中-COO—官能团的离子交换作用，H+离子可以进入阴极室，及时补充阴极室中生成产物时所消耗的H+，且由于表面改性的硅藻土均匀分散在聚合物基体中，通过掺杂钐、钆稀土元素形成电池的电解质材料，大幅提高其氧空位浓度，从而提高其离子导电性，并采用以孔制孔的方式制备聚合物电解质，这种方法既不损失聚合物基体的力学性能，又可以得到具有交联互通的多孔结构聚合物电解质，增强其柔韧性，使得聚合物膜表面疏松多孔，聚合物分子链段被圆柱状硅藻土结构完全撑开，使得聚合物膜拥有大量孔隙以及墨水瓶孔型三维立体通道，可以吸收并保留足够的电解液，提高离子电导率。

具体实施方式

[0014] 取10～15g硅藻土，0.18～0.24g硝化钆，0.16～0.20g硝酸钐，加入200～300g质量分数为75%乙醇溶液中，以300W 超声波超声分散30～40min，得分散液，取12～15g硅烷偶联剂KH-570，加入150～300g质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为3.5～4.0，以300～400r/min搅拌1～2h，再加入分散液，在70～80℃下持续搅拌3～5h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次后置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得改性硅藻土，取3～6g壳聚糖，0.6～1.2g改性硅藻土，加入100～200g质量分数为2%醋酸溶液中，以300～400r/min搅拌30～40min，再加入120～240g质量分数为10～15%阿拉伯胶水溶液，以500～600r/min搅拌1～2h，再加入2.0～3.2g甘油和0.1～0.2g戊二醛，并调节pH为4～5，继续搅拌1～
2h后在聚乙烯塑料基材上流延成膜，在50～60℃恒温摇床中干燥10～12h，揭膜得复合型聚合物电解质。

[0015] 取10g硅藻土，0.18g硝化钆，0.16g硝酸钐，加入200g质量分数为75%乙醇溶液中，以300W超声波超声分散30min，得分散液，取12g硅烷偶联剂KH-570，加入150g质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为3.5，以300r/min搅拌1h，再加入分散液，在70℃下持续搅拌3h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次后置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得改性硅藻土，取3g壳聚糖，0.6g改性硅藻土，加入100g质量分数为2%醋酸溶液中，以300r/min搅拌30min，再加入120g质量分数为10%阿拉伯胶水溶液，以500r/min搅拌1h，再加入
2.0g甘油和0.1g戊二醛，并调节pH为4，继续搅拌1h后在聚乙烯塑料基材上流延成膜，在50℃恒温摇床中干燥10h，揭膜得复合型聚合物电解质。

[0016] 取12g硅藻土，0.21g硝化钆，0.18g硝酸钐，加入250g质量分数为75%乙醇溶液中，以300W超声波超声分散35min，得分散液，取13g硅烷偶联剂KH-570，加入180g质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为3.8，以350r/min搅拌1h，再加入分散液，在75℃下持续搅拌4h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次后置于干燥箱中，在108℃下干燥至恒重，得改性硅藻土，取5g壳聚糖，0.9g改性硅藻土，加入150g质量分数为2%醋酸溶液中，以350r/min搅拌35min，再加入180g质量分数为12%阿拉伯胶水溶液，以550r/min搅拌1h，再加入
2.6g甘油和0.1g戊二醛，并调节pH为4，继续搅拌1h后在聚乙烯塑料基材上流延成膜，在55℃恒温摇床中干燥11h，揭膜得复合型聚合物电解质。

[0017] 取15g硅藻土，0.24g硝化钆，0.20g硝酸钐，加入300g质量分数为75%乙醇溶液中，以300W超声波超声分散40min，得分散液，取15g硅烷偶联剂KH-570，加入300g质量分数为50%乙醇溶液中，并用醋酸调节pH为4.0，以400r/min搅拌2h，再加入分散液，在80℃下持续搅拌5h，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次后置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得改性硅藻土，取6g壳聚糖，1.2g改性硅藻土，加入200g质量分数为2%醋酸溶液中，以400r/min搅拌40min，再加入240g质量分数为15%阿拉伯胶水溶液，以600r/min搅拌2h，再加入
3.2g甘油和0.2g戊二醛，并调节pH为5，继续搅拌2h后在聚乙烯塑料基材上流延成膜，在60℃恒温摇床中干燥12h，揭膜得复合型聚合物电解质。

[0018] 对照例：东莞某模具材料有限公司生产的复合型聚合物电解质。

[0019] 将实例及对照例的复合型聚合物电解质进行检测，具体检测如下：采用聚合物电解质膜在正丁醇溶液中浸泡30min前后的重量改变按照公式来计算相应聚合物电解质膜的吸液率大小。

[0020] 实验中采用INSTRON-5500型的万能材料试验机对所制备的聚合物电解质膜的抗拉伸强度进行了相关测试。主要测试参数为：试样尺寸为150mm×25mm×0.12mm，室温测试，试样移动速率为100mm·min﹣1。

[0021] 将所制备的聚合物电解质按照三明治式的装配方式组装成SS/PE/SS对称阻塞模拟电池，置于恒温干燥箱中保温。聚合物电解质的室温离子电导率可以按照公式计算得知。

[0022] 具体检测结果如表1。

[0023] 表1性能表征对比表检测项目实例1 实例2 实例3 对照例
吸液率% 56.0 54.6 58 23.0
抗拉伸强度/MPa 18.84 19.66 19.71 9.54
﹣1
离子电导率/（mS·cm ） 2.823 2.996 2.967 1.023
由表1可知，本发明制备的复合型聚合物电解质具有良好的吸液率、机械性能和离子电导率。

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