一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質及其制備方法技術

本發明專利技術屬于凝膠聚合物電解質技術領域，具體提供了一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料包括聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。優選所述制備原料的配方為：埃洛石納米管0.1?1質量份，含酰胺基的有機溶劑74?77.9質量份，聚醚酰亞胺22?25質量份。同時，本發明專利技術還提供了所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備方法，該制備方法操作簡單，生產成本低，安全性高；本發明專利技術的凝膠聚合物電解質具有固態電解質的穩定性、可塑性及非流動性的特點，又具有液體電解質的高離子電導率、寬的電化學穩定窗口并且與電極材料的相容性好等特點，可廣泛應用于電池電解質的生產中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及應用于鋰電池的凝膠聚合物電解質
，具體是涉及聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質及其制備方法。
技術介紹
聚合物鋰離子電池誕生于1994年，用聚合物電解質代替液態電解液，解決了液體電解質易滲漏的問題，提高了使用的安全性，因而受到了廣泛關注。聚合物電解質按其形態可以分為全固態聚合物電解質和凝膠聚合物電解質，其中凝膠聚合物電解質形態和性能介于液體電解質和全固態聚合物電解質之間，既具有液體電解質的高離子電導率，同時又具有全固態聚合物電解質安全性好、設計靈活、易于規模化生產等特點，為大型鋰離子電池在新能源汽車領域，太陽能、風能發電儲能設備中的應用提供保障。凝膠聚合物電解質是由聚合物基體、增塑劑以及鋰鹽形成的凝膠態體系。它具有液體電解質體系中的隔膜與離子導電載體的功能。在凝膠聚合物電解質體系中液體電解質承擔離子導電功能，而聚合物在凝膠聚合物電解質中主要起骨架支撐作用使凝膠維持一定的幾何形狀。對用作骨架材料的聚合物的要求成膜性能好，膜強度高，電化學穩定窗口寬，在有機電解液中不分解等。至今研究的用于聚合物鋰離子電池的聚合物主要有如下幾種類型：聚醚系(主要為PEO)、PAN系、PMMA系、PVDF系、聚偏氯乙烯(PVC)和其他類型。但是常用的凝膠聚合物電解質普遍存在電化學穩定性差、界面相容性差及機械性能較低等缺點，使得凝膠聚合物電解質的實際應用受到了限制。聚醚酰亞胺(PEI)具有很強的高溫穩定性、優良的機械性能、良好的阻燃性、抗化學反應等優良性能。可應用于電子、電機和航空等工業部門，并用作傳統產品和文化生活用品的金屬代用材料。聚醚酰亞胺基凝膠聚合物電解質在鋰離子電池中應用的實際效果好，具有一定程度的商業化。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有良好化學穩定性的摻有無機納米填料的凝膠聚合物電解質的制備方法及其在鋰離子電池中的應用。本專利技術操作簡單，安全性高，適合凝膠聚合物電解質的連續規模生產。而且本專利技術制備的凝膠聚合物電解質具有高的離子電導率、寬的電化學穩定窗口，且與電極的相容性好，有利于提高鋰離子電池的安全性能。獲得的凝膠聚合物電解質膜機械強度高，化學穩定性好，可適用于鋰離子電池普遍采用的組裝方式，如疊膜等，因此也適用于柔性電池的設計生產。本專利技術提供了一種新型的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，所述新型的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料包括聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。其中，所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料中還含有至少一種含酰胺基的有機溶劑，其中，所述含酰胺基的有機溶劑用于分散所述聚醚酰亞胺和埃洛石納米管；其中，所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質制備原料的配方為：埃洛石納米管0.1-1質量份，含酰胺基的有機溶劑74-77.9質量份，聚醚酰亞胺22-25質量份。進一步，所述含酰胺基的有機溶劑包括N-甲基-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。同時，本專利技術還提供了上述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備方法，具體包括如下步驟：a)將埃洛石納米管在含酰胺基有機溶劑中超聲分散3-6h，使其均勻分散在含酰胺基有機溶劑中，得到混合溶液Ⅰ；b)向混合溶液Ⅰ中加入聚醚酰亞胺，磁力攪拌12-24h，使其完全溶于混合溶液Ⅰ中，混合溶液II；c)將混合溶液II倒入注射器，用靜電紡絲的方法在接收裝置上得到一張纖維膜；d)將獲得的纖維膜移于干燥箱中，烘干；e)將烘干后的纖維膜在手套箱中浸入到原鋰離子電池液體電解質中30-60min，使烘干纖維膜吸收液體電解質達到飽和狀態，從而制得所需的鋰離子電池凝膠聚合物電解質。其中，上述靜電紡絲條件為：施加電壓：16-22kV，流速：0.4-0.8mL/h，接收裝置為滾筒或平板，接收距離：18-25cm。進一步，所述的凝膠聚合物電解質膜厚度為100-200μm。所述干燥箱內溫度：80-120℃，烘干時間：24-48h。所述液體電解質為LiPF6的碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯溶液。有益效果與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：其一：(1)本專利技術所述的鋰離子電池凝膠聚合物電解質選用聚醚酰亞胺為聚合物基質材料，由于聚醚酰亞胺的特有性質，使得以其為基質材料的凝膠聚合物電解質具有很好的熱穩定性、機械強度以及電化學穩定性。(2)本專利技術選用埃洛石納米管為無機納米填料，相比于碳納米管、蒙脫土等其他常見的納米粒子，埃洛石納米管長和管徑比較小，較容易在聚合物基體中分散，不易團聚。同時，埃洛石納米管具有中空的管狀結構，提高了聚合物膜的吸液和保液能力，有利于離子在聚合物基體中的傳輸。(3)將該聚合物膜浸泡到液體電解質中活化成凝膠聚合物電解質，在手套箱中組裝成電池后，電化學測試表明，該凝膠聚合物電解質有良好的離子電導率和電化學穩定性：離子電導率可高達5.3×10-3S/cm，電化學穩定窗口達到5.5V，可滿足鋰離子電池的實際應用要求。(4)本專利技術使用了聚醚酰亞胺與埃洛石納米管兩種主要材料混合制備的凝膠聚合物電解質，制備工藝簡單，效率高，生產成本小，所得到的鋰離子電池凝膠聚合物電解質膜具有較好的吸液保液能力，經過檢測，本專利技術的凝膠聚合物電解質的吸液率在1500％～2000％，保液率在放置15天之后仍在85％以上與機械強度，為工業化生產提供了條件。其二：本專利技術以聚醚酰亞胺為聚合物基質材料，使得制得的凝膠聚合物電解質具備很好的熱穩定性、機械強度以及電化學穩定性；而同時，加入埃洛石納米管作為無機填料，又使得制備的凝膠聚合物電解質具備更好的吸液和保液能力，更有利于離子在聚合物基體中的傳輸。通過本專利技術實施例的方法制備出的凝膠聚合物電解質離子電導率高，熱穩定性好，電化學穩定窗口寬，機械性能良好且能與電極材料很好的相容等，可以滿足鋰離子電池的使用要求。而采用同樣的方法，僅僅是將填料改成碳納米管，制備出的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質中碳納米管在聚合物基體中的分散性、穩定性很差，無法滿足電解質的要求，其中，圖3為將埃洛石納米管和碳納米管分別進行超聲處理使其均勻分散于乙醇中，再將分散液滴在銅網上進行的TEM表征圖，左圖是埃洛石納米管TEM表征圖，右圖是碳納米管TEM表征圖，左圖可以看出，埃洛石納米管的長徑比要小于碳納米管，所以埃洛石納米管在基體中分散時不易發生纏結，避免出現團聚現象。本專利技術所提供的制備凝膠聚合物電解質的方法操作簡單，生產成本低，安全性高且制備工藝易于掌控，可廣泛應用于電解質的生產中。附圖說明圖1為本專利技術實施例所用埃洛本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，其特征在于：所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備原料包括聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。

【技術特征摘要】
1.一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，其特征在于：所述聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質
的制備原料包括聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。
2.根據權利要求1所述的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，其特征在于：所述聚醚酰亞胺
凝膠聚合物電解質的制備原料中還含有至少一種含酰胺基的有機溶劑，所述含酰胺基
的有機溶劑用于分散所述聚醚酰亞胺和埃洛石納米管。
3.根據權利要求2所述的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，其特征在于：所述聚醚酰亞胺
凝膠聚合物電解質制備原料的配方為：埃洛石納米管0.1-1質量份，含酰胺基的有機溶
劑74-77.9質量份，聚醚酰亞胺22-25質量份。
4.根據權利要求2所述的聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質，其特征在于：所述含酰胺基的
有機溶劑包括N-甲基-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰
胺。
5.一種聚醚酰亞胺凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
a)將埃洛石納米管在含酰胺基有機溶劑中超聲分散3-6h，使其均勻分散在含酰胺基有
機溶劑中，得到混合溶液Ⅰ；
b)向混合溶液Ⅰ中加入聚醚酰亞胺，磁力攪拌12-2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：隋剛，張灑灑，方群，楊小平，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11