【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電池材料，涉及一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜及其規(guī)?；圃旆椒?/a>。
技術(shù)介紹
1、聚合物固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強，易于大規(guī)模生產(chǎn)制造。常見的聚合物固態(tài)電解質(zhì)包括聚氧化乙烯?(peo)、聚丙烯腈?(pan)、聚偏氟乙烯?(pvdf)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚環(huán)氧丙烷?(ppo)等。其中，peo聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有高分子材料的質(zhì)量輕、柔性、彈性、易成膜的特點，是最具有商業(yè)化潛力的幾種聚合物固態(tài)電解質(zhì)之一。peo聚合物電解質(zhì)由聚合物基體和鋰鹽組成?(peo-lix體系)，該體系的離子電導率主要取決于鋰離子（li+）在peo鏈段中的運動水平。pe0中的氧原子含兩對孤對電子，很容易與li+的?2s?軌道形成配位，該配位作用已被傅里葉變換紅外光譜和拉曼光譜所證實。li+在聚合物中的傳導是通過不斷地與氧進行配位再解離的過程進行的。其中l(wèi)i+可以在pe0的鏈內(nèi)遷移，也可以在不同的peo鏈之間進行遷移。該遷移過程主要發(fā)生在?pe0?的無定型區(qū)域，與?pe0?鏈的熱運動和松弛時間直接相關(guān)，一般符合wlf和vtf方程。通常來講，無定型的peo基的離子導電率更高，比晶體?pe0?高1~2個數(shù)量級。
2、peo電解質(zhì)面臨的商業(yè)化應(yīng)用問題主要包括以下幾個方面，具體包括：(1)?peo電解質(zhì)的室溫結(jié)晶度很高，限制了聚合物鏈段的局部松弛運動，鋰鹽在晶態(tài)區(qū)域的解離較差，這導致在室溫狀態(tài)下peo電解質(zhì)的離子導電能力很差，裝配有peo電解質(zhì)的全固態(tài)電池在室溫下的倍率性能很差，在較高溫度下?(60℃)?可以實現(xiàn)穩(wěn)定的充放電循環(huán)；(2)?
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜及其規(guī)?；圃旆椒?，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解質(zhì)薄膜的熱穩(wěn)定性、韌性、導電能力差，難以批量制備的技術(shù)問題。
2、為達到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ǎㄒ韵虏襟E：
4、將納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末與聚合物電解質(zhì)原料混合，添加丁苯橡膠乳液后分散于有機溶劑中，得到陶瓷化聚合物漿料；采用涂布機將陶瓷化聚合物漿料涂覆于銅箔上，采用三節(jié)式烘箱烘干得到陶瓷化聚合物電解質(zhì)膜料卷；
5、通過對輥熱壓機將陶瓷化聚合物電解質(zhì)膜料卷輥壓為陶瓷化聚合物電解質(zhì)薄膜料卷，然后通過分切機批量裁切得到陶瓷化聚合物電解質(zhì)薄膜；
6、將litfsi、peo和ec/dmc混合后攪拌分散得到離子凝膠；將離子凝膠和預(yù)先制備好的芳綸纖維懸濁液混合后得到芳綸凝膠；
7、將芳綸凝膠刮涂到陶瓷化聚合物電解質(zhì)薄膜上，烘干后從銅箔上揭取下來得到復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜，將復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜多層疊加壓制得到芳纖增強的復合電解質(zhì)膜。
8、進一步地，所述聚合物電解質(zhì)原料為聚氧化乙烯、聚四氟乙烯和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰的混合物；所述固態(tài)電解質(zhì)粉末聚氧化乙烯和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為(5~20?):100:?(10~30)；雙三氟甲基磺酰亞胺鋰與聚氧化乙烯的添加比例滿足eo：li=?(8-20)?:?1；丁苯橡膠乳液的添加量為固態(tài)電解質(zhì)粉末、聚合物電解質(zhì)原料和丁苯橡膠乳液混合物總質(zhì)量的1wt%~2.5wt%；所述有機溶劑為乙腈溶劑；所述陶瓷化聚合物電解質(zhì)漿料的固含量為40wt%~60?wt%；所述涂布機的涂覆厚度為80μm?~120μm；所述三節(jié)式烘箱的烘干溫度依次為90℃、110℃和90℃。
9、進一步地，所述納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末的制備方法包括以下步驟：
10、將固態(tài)電解質(zhì)原料依次進行球磨、烘干和高溫煅燒，得到固態(tài)電解質(zhì)粗粉；
11、將固態(tài)電解質(zhì)粗粉依次進行球磨、烘干和篩分，得到純度高、納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末。
12、進一步地，所述將固態(tài)電解質(zhì)原料依次進行球磨、烘干和高溫煅燒，得到固態(tài)電解質(zhì)粗粉的步驟中，固態(tài)電解質(zhì)原料為磷酸鈦鋁鋰、磷酸鍺鋁鋰、鋰鑭鋯氧和鋰鑭鋯鉭氧中的一種；球磨過程所用的球磨介質(zhì)為異丙醇或乙醇，球料比為（3~5）：1，轉(zhuǎn)速為200?rpm?-500rpm，球磨時間為4h~6h；烘干溫度為80℃，時長為8h~12h；高溫短煅燒過程中的焙燒溫度為850℃-1250℃，時長為4-8h，升溫速率為2-8℃/min，降溫速率為5-15℃/min。
13、進一步地，所述將固態(tài)電解質(zhì)粗粉依次進行球磨、烘干和篩分，得到純度高、納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末的步驟中，篩分過程所使用的振篩機的尼龍篩網(wǎng)目數(shù)為200目~500目。
14、進一步地，所述對輥熱壓機的壓力為2mpa?~15mpa，加熱溫度為45℃~80℃；所述分切機的分切長度為50mm~170mm。
15、進一步地，所述litfsi、peo和ec/dmc的添加質(zhì)量比為（0.5~1):(1~3):(0.2~0.5)；ec/dmc的質(zhì)量比為（1:1）；所述離子凝膠和預(yù)先制備好的芳綸纖維懸濁液的混合質(zhì)量比為（1~2）：（0.4~0.7）；所述離子凝膠的固含量為20?wt%~35?wt%；所述芳綸纖維懸濁液的固含量為50?wt%~70?wt%。
16、進一步地，所述芳綸纖維懸濁液的制備方法為：將芳綸纖維在室溫下分散于含有氫氧化鉀的二甲基亞砜液體中，分散溶解時間為1天~3天；所述芳綸纖維為對位芳綸或間位芳綸長纖維。
17、進一步地，所述將芳綸凝膠刮涂到陶瓷化聚合物電解質(zhì)薄膜上，烘干后從銅箔上揭取下來得到復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜，將復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜多層疊加壓制得到芳纖增強的復合電解質(zhì)膜的步驟中，刮涂厚度為20μm?~50μm；烘干溫度為80℃；疊加的層數(shù)為2層~5層；所述壓制過程采用小型加熱輥壓機，壓力為2μm?~10μm，加熱溫度為60℃?~80℃，輥軸間隙為40μm?~100μm。
18、第二方面，本專利技術(shù)提供一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜，根據(jù)上述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ㄖ苽涞玫?。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
20、本專利技術(shù)公開了一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜及其規(guī)?；圃旆椒ǎ趐eo聚合物電解質(zhì)基體中引入了水氧穩(wěn)定性好的零維陶瓷類固態(tài)電解質(zhì)粉末，用以壞聚合物鏈的規(guī)整性，促使聚合物鏈段重構(gòu)并創(chuàng)造更多的無定型區(qū)域，引入具有較高解離常數(shù)和離子電導率的高氯酸鹽作為鋰鹽成分，制取的陶瓷化聚合物電解質(zhì)相較于傳統(tǒng)的peo聚合物電解質(zhì)具有更高的離子電導率。peo固態(tài)電解質(zhì)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ǎ涮卣髟谟冢鼍酆衔镫娊赓|(zhì)原料為聚氧化乙烯、聚四氟乙烯和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰的混合物；所述固態(tài)電解質(zhì)粉末聚氧化乙烯和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為(5~20?):?100?:?(10~30)；雙三氟甲基磺酰亞胺鋰與聚氧化乙烯的添加比例滿足EO：Li=?(8-20)?:?1；丁苯橡膠乳液的添加量為固態(tài)電解質(zhì)粉末、聚合物電解質(zhì)原料和丁苯橡膠乳液混合物總質(zhì)量的1wt%~2.5wt%；所述有機溶劑為乙腈溶劑；所述陶瓷化聚合物電解質(zhì)漿料的固含量為40?wt%~60wt%；所述涂布機的涂覆厚度為80μm?~120μm；所述三節(jié)式烘箱的烘干溫度依次為90℃、110℃和90℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，所述納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末的制備方法包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ǎ涮卣髟谟?，所述將固態(tài)電解質(zhì)原料依次進行球磨
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，所述將固態(tài)電解質(zhì)粗粉依次進行球磨、烘干和篩分，得到純度高、納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末的步驟中，篩分過程所使用的振篩機的尼龍篩網(wǎng)目數(shù)為200目~500目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)模化制造方法，其特征在于，所述對輥熱壓機的壓力為2MPa?~15Mpa，加熱溫度為45℃~80℃；所述分切機的分切長度為50mm~170mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)模化制造方法，其特征在于，所述LiTFSI、PEO和EC/DMC的添加質(zhì)量比為（0.5~1):(1~3):(0.2~0.5)；EC/DMC的質(zhì)量比為（1:1）；所述離子凝膠和預(yù)先制備好的芳綸纖維懸濁液的混合質(zhì)量比為（1~2）：（0.4~0.7）；所述離子凝膠的固含量為20?wt%~35?wt%；所述芳綸纖維懸濁液的固含量為50?wt%~70?wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，所述芳綸纖維懸濁液的制備方法為：將芳綸纖維在室溫下分散于含有氫氧化鉀的二甲基亞砜液體中，分散溶解時間為1天~3天；所述芳綸纖維為對位芳綸或間位芳綸長纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)模化制造方法，其特征在于，所述將芳綸凝膠刮涂到陶瓷化聚合物電解質(zhì)薄膜上，烘干后從銅箔上揭取下來得到復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜，將復合結(jié)構(gòu)的芳綸纖維增強電解質(zhì)膜多層疊加壓制得到芳纖增強的復合電解質(zhì)膜的步驟中，刮涂厚度為20μm?~50μm；烘干溫度為80℃；疊加的層數(shù)為2層~5層；所述壓制過程采用小型加熱輥壓機，壓力為2μm?~10μm，加熱溫度為60℃?~80℃，輥軸間隙為40μm?~100μm。
10.一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1~9任一項所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ㄖ苽涞玫?。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒ǎ涮卣髟谟?，所述聚合物電解質(zhì)原料為聚氧化乙烯、聚四氟乙烯和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰的混合物；所述固態(tài)電解質(zhì)粉末聚氧化乙烯和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為(5~20?):?100?:?(10~30)；雙三氟甲基磺酰亞胺鋰與聚氧化乙烯的添加比例滿足eo：li=?(8-20)?:?1；丁苯橡膠乳液的添加量為固態(tài)電解質(zhì)粉末、聚合物電解質(zhì)原料和丁苯橡膠乳液混合物總質(zhì)量的1wt%~2.5wt%；所述有機溶劑為乙腈溶劑；所述陶瓷化聚合物電解質(zhì)漿料的固含量為40?wt%~60wt%；所述涂布機的涂覆厚度為80μm?~120μm；所述三節(jié)式烘箱的烘干溫度依次為90℃、110℃和90℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，所述納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末的制備方法包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)?；圃旆椒?，其特征在于，所述將固態(tài)電解質(zhì)原料依次進行球磨、烘干和高溫煅燒，得到固態(tài)電解質(zhì)粗粉的步驟中，固態(tài)電解質(zhì)原料為磷酸鈦鋁鋰、磷酸鍺鋁鋰、鋰鑭鋯氧和鋰鑭鋯鉭氧中的一種；球磨過程所用的球磨介質(zhì)為異丙醇或乙醇，球料比為（3~5）：1，轉(zhuǎn)速為200?rpm?-500?rpm，球磨時間為4h~6h；烘干溫度為80℃，時長為8h~12h；高溫短煅燒過程中的焙燒溫度為850℃-1250℃，時長為4-8h，升溫速率為2-8℃/min，降溫速率為5-15℃/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高韌性陶瓷化復合電解質(zhì)膜的規(guī)模化制造方法，其特征在于，所述將固態(tài)電解質(zhì)粗粉依次進行球磨、烘干和篩分，得到純度高、納米級的固態(tài)電解質(zhì)粉末...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王嘉楠，崔翔明，郭孜睿，羅雨墨，張家鋮，周海福，呂文波，姚洲舟，延衛(wèi)，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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