凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，它包括以下步驟：將質量份數為1~15?份的凹凸棒石分散于100份的溶劑中，加入質量份數為5~40份的陽離子單體，得到陽離子改性凹凸棒石；在陽離子改性凹凸棒石溶液中加入質量份數為4~40?份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.002~0.2?份的引發劑進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯成膜，再在電解液中浸泡2~24小時，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質，該凝膠電解質的電導率>1×10?3?S/cm。本發明專利技術的凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質與鋰電極的界面穩定性好，界面阻抗低，易成形加工，化學性質穩定。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法。
技術介紹
電解質作為鋰離子電池的關鍵材料決定著電池的比能量、壽命、安全性能、充放電性能和高低溫性能等多種宏觀電化學性質。液態電解質體系由于電導率高、響應速度快，而被廣泛應用于電池領域，但其黏度大、易燃、安全性能差并且不易成膜，限制了進一步的應用。全固態聚合物電解質的導電率較差，與實際應用要求相距較遠。為了克服這一問題，在固體電解質中加入一定量的液體增塑劑和電解質鹽可以形成一種絡合物，類似凝膠，通常稱之為凝膠電解質。和固體電解質相比，凝膠電解質體系中含有小分子量的液體溶劑，具有很高的離子電導率。在聚合物凝膠電解質中，尤以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）凝膠電解質最為突出，因為PMMA系凝膠電解質的最大特點是與鋰電極的界面穩定性好，界面阻抗低。由于MMA單元中有一羰基側基，與碳酸酯類增塑劑中的氧原子有很強的相互作用，因此能包含大量的液體電解質，體現良好的相容性。但PMMA凝膠電解質的機械強度較差，限制了它的應用。為此，需要對PMMA進行改性以改善PMMA的機械性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：提供一種凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，所得到的凝膠電解質與鋰電極的界面穩定性好，界面阻抗低，易成形加工，化學性質穩定。本專利技術的技術解決方案是它包括以下步驟：（1）在氣體保護下，將質量份數為1~15份的凹凸棒石分散于100份的溶劑中，加入質量份數為5~40份的功能性單體進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為4~40份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.002~0.2份的引發劑進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為30-90℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為2~48h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯成膜，再在含有鋰鹽的電解液中浸泡2~24h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質。其中，所述功能性單體是丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、環氧丙基三甲基氯化銨、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一種。其中，所述引發劑為過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈中的至少一種。其中，所述的溶劑是水、乙醇、甲醇、甲苯中的一種或兩種。其中，所述氣體為氮氣、氦氣中的至少一種。其中，所述電解液為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一種或多種混合物。其中，所述鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰中的至少一種，其質量分數為電解液的1~40%。其中，所述成膜條件為將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯溶解于有機溶液中后于四氟乙烯板上成膜；所述的有機溶液為丙酮、乙酸乙酯中的至少一種。與現有技術相比，本專利技術具有的優點如下：1）本專利技術利用功能性單體與凹凸棒石進行離子交換，使凹凸棒石表面帶有反應基團，然后將功能性凹凸棒石用于合成凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯，實現凹凸棒石－高分子材料分子級別的復合。2）凹凸棒石與聚合物之間是通過化學鍵的方式連接在一起，聚合物中的有機成分提供了高分子基體，賦予聚合物相應的性能，而無機成分提供了自帶的納米改性填料，能夠賦予聚合物更加優良的性能，同時又解決了分散難的問題，改變傳統的有機-無機材料物理共混復合的模式。3）所得到的凝膠電解質與鋰電極的界面穩定性好，界面阻抗低，易成形加工，化學性質穩定，該凝膠電解質的電導率>1×10-3S/cm。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此。實施例1：依以下步驟制備凝膠電解質（1）在氮氣保護下，將質量份數為1份的凹凸棒石分散于100份的水溶液中，加入質量份數為5份的二甲基二烯丙基氯化銨進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為20份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.002份的過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度30℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間2h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯溶解于丙酮中，然后倒于四氟乙烯板上成膜，再在質量分數為1%高氯酸鋰的碳酸丙烯酯溶液中浸泡2h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質；該凝膠電解質的電導率為1.4×10-3S/cm。實施例2：依以下步驟制備凝膠電解質（1）在氦氣保護下，將質量份數為1份的凹凸棒石分散于100份的甲醇溶液中，加入質量份數為40份的環氧丙基三甲基氯化銨進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為40份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.2份的過氧化苯甲酰進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為90℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為48h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯溶解于乙酸乙酯中，然后倒于四氟乙烯板上成膜，再在質量分數為15%六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯溶液中浸泡24h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質；該凝膠電解質的電導率為2.8×10-3S/cm。實施例3：依以下步驟制備凝膠電解質（1）在氮氣保護下，將質量份數為1份的凹凸棒石分散于100份的乙醇溶液中，加入質量份數為10份的乙烯基三甲基硅烷進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為4份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.1份的偶氮二異丁腈進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為60℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為12h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯溶解于丙酮中，然后倒于四氟乙烯板上成膜，再在質量分數為40%雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰的碳酸二甲酯溶液中浸泡20h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質；該凝膠電解質的電導率為3.6×10-3S/cm。實施例4：依以下步驟制備凝膠電解質（1）在氮氣保護下，將質量份數為8份的凹凸棒石分散于100份的甲苯溶液中，加入質量份數為30份的二甲基二烯丙基氯化銨進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為30份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.15份的過氧化苯甲酰進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為80℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為18h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯溶解于丙酮中，然后倒于四氟乙烯板上成膜，再在質量分數為10%六氟磷酸鋰的碳酸甲乙酯溶液中浸泡24h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質；該凝膠電解質的電導率為1.1×10-3S/cm。實施例5：依以下步驟制備凝膠電解質（1）在氮氣保護下，將質量份數為2份的凹凸棒石分散于100份的甲醇-水混合溶液中，再加入質量份數為25份的丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為15份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.008份的偶氮二異丁腈進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為70℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為24h；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，其特征是它包括以下步驟：（1）在氣體保護下，將質量份數為1~15?份的凹凸棒石分散于100份的溶劑中，加入質量份數為5~40份的功能性單體進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為4~40?份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.002~0.2?份的引發劑進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為30?90℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為2~48h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯成膜，再在含有鋰鹽的電解液中浸泡2~24h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質。

【技術特征摘要】
1.凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，其特征是它包括以下步驟：（1）在氣體保護下，將質量份數為1~15份的凹凸棒石分散于100份的溶劑中，加入質量份數為5~40份的功能性單體進行離子交換，得到功能性凹凸棒石；（2）在上述功能性凹凸棒石溶液中加入質量份數為4~40份的甲基丙烯酸甲酯和質量份數為0.002~0.2份的引發劑進行聚合反應，得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯；其中，反應溫度為30-90℃，攪拌速度≥200r/min，反應時間為2~48h；（3）將凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯成膜，再在含有鋰鹽的電解液中浸泡2~24h，即得到凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質。2.根據權利要求1所述的凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，其特征是：所述功能性單體是丙烯酰胺基丙基芐基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、環氧丙基三甲基氯化銨、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一種。3.根據權利要求1所述的凹凸棒石雜化聚甲基丙烯酸甲酯鋰電池凝膠電解質的制備方法，其特征是：所述引發劑為過硫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳新德，張海榮，唐偉超，郭海軍，田蘭蘭，彭芬，王璨，熊蓮，黃超，陳雪芳，
申請(專利權)人：中國科學院廣州能源研究所，中科院廣州能源所盱眙凹土研發中心，
類型：發明
國別省市：廣東;44