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、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:1~20:3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述鋰鹽的質(zhì)量比為18：1~18：3.5，所述溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶劑與所述聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2:1~0.5:1。該凝膠聚合物電解質(zhì)可以提高使用該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導率較高。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)的電導率較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]基于此，有必要提供一種電導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、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:廣20:3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述鋰鹽的質(zhì)量比為18:1~18:3.5，所述溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶劑與所述聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2: 1~0.5:1。
[0005]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ m~1Ο μ m。
[0006]在其中一個實施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量為3萬~30萬。
[0007]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:
[0008]將聚甲基丙烯酸甲酯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在300C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:1~20:3 ；
[0009] 除去所述漿料中的有機溶劑得到凝膠基體；
[0010]將所述凝膠基體浸入含有鋰鹽的電解液中以吸附所述鋰鹽及所述電解液中的溶劑，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，；及
[0011]將吸附有所述鋰鹽及所述溶劑的凝膠基體取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)，所述聚甲基丙烯酸甲酯與吸附的鋰鹽的質(zhì)量比為18 18:3.5，吸附的溶劑與所述聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2:1~0.5:1。
[0012]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩的粒徑為3μm~?0μm。
[0013]在其中一個實施例中，所述電解液的溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述電解液中所述鋰鹽的濃度為0.5mol/r1.5mol/L。
[0014]在其中一個實施例中，將所述凝膠基體浸入所述電解液中5分鐘~60分鐘以吸附鋰鹽。
[0015]在其中一個實施例中，將漿料澆鑄在玻璃板上，然后在60°C ~100°C下真空干燥以除去有機溶劑。
[0016]在其中一個實施例中，所述介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0017]將十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺攪拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺與所述乙二胺的質(zhì)量比為1:4~1:2.5 ;
[0018]向所述均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅(qū)體；及
[0019]除去所述前驅(qū)體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
[0020]在其中一個實施例中，將前驅(qū)體在400°C飛00°C下焙燒3小時~10小時以除去
十六烷基三甲基溴化胺。
[0021]上述凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，通過加入介孔分子篩MCM-41提高了該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導率。
【專利附圖】
【附圖說明】[0022]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】
[0023]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。
[0024]一實施方式的凝膠聚合物電解質(zhì)，包括凝膠基體、吸附至凝膠基體的鋰鹽及溶劑。凝膠基體包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子篩MCM-41。聚甲基丙烯酸甲酯與介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20: f 20:3。鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)及三氟甲磺酸鋰(LiSO3CF3)中的至少一種，聚甲基丙烯酸甲酯與鋰鹽的質(zhì)量比為18:1~18:3.50溶劑由碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)混合形成，溶劑與聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2:1~0.5:1。
[0025]優(yōu)選的，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量為3萬~30萬。
[0026]優(yōu)選的，凝膠基體為厚度為50 μ πm200 μ m的凝膠薄膜。
[0027]優(yōu)選的，EC、EMC的體積比為1:5~1:1。
[0028]優(yōu)選的，介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ πm?Ο μ m。
[0029]本實施方式中，介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0030]步驟一、將十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺(EDA)攪拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺與乙二胺的質(zhì)量比為1:41:2.5。
[0031]步驟二、向均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅(qū)體。
[0032]步驟三、除去前驅(qū)體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
[0033]優(yōu)選的，使用去離子水將得到的固體物洗滌至中性。
[0034]優(yōu)選的，在40°C~70°C下干燥。
[0035]優(yōu)選的，十六烷基三甲基溴化胺與水的固液比為Ig: 10ml~7g:60ml。
[0036]優(yōu)選的，正硅酸乙酯與十六烷基三甲基溴化胺的質(zhì)量比為1:廣1:1.4。[0037]優(yōu)選的，將前驅(qū)體在400°C飛00°C下焙燒3小時~10小時以除去十六烷基三甲基
溴化胺。
[0038]上述凝膠聚合物電解質(zhì)中，通過加入介孔分子篩MCM-41，使得該凝膠聚合物電解質(zhì)的電導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。
[0039]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:
[0040]步驟S210、將聚甲基丙烯酸甲酯溶于有機溶劑中并攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在30°C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，聚甲基丙烯酸甲酯與介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:1~20:3。
[0041]優(yōu)選的，有機溶劑選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氫呋喃(THF)及乙腈(AN)中的至少一種。 [0042]優(yōu)選的，聚甲基丙烯酸甲酯與有機溶劑的固液比為Ig:4πι2δ:3ml。
[0043]優(yōu)選的，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量為3萬~30萬。
[0044]優(yōu)選的，介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ π?Ο μ m。
[0045]本實施方式中，介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備:
[0046]步驟一、將十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺(EDA)攪拌形成均相溶液，其中十六烷基三甲基溴化胺與乙二胺的質(zhì)量比為1:41:2.5。
[0047]優(yōu)選的，十六烷基三甲基溴化胺與水的固液比為Ig: 10ml~7g:60ml。
[0048]步驟二、向均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯(TE0S)，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅(qū)體。
[0049]該步驟中，發(fā)生如下反應(yīng):
[0050]
【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、吸附至所述凝膠基體的鋰鹽及溶劑，所述凝膠基體包括聚甲基丙烯酸甲酯及分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中的介孔分子篩MCM-41，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:廣20:3，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述鋰鹽的質(zhì)量比為18:1-18:3.5，所述溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成，所述溶劑與所述聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2: 1-0.5:1。
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，所述介孔分子篩MCM-41的粒徑為3 μ π-?Ο μ m。
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，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量為3萬~30萬。
4.一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: 將聚甲基丙烯酸甲酯溶于有機溶劑中，攪拌均勻后加入介孔分子篩MCM-41，在300C~50°C下攪拌均勻形成漿料，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯與所述介孔分子篩MCM-41的質(zhì)量比為20:1~20:3 ； 除去所述漿料中的有機溶劑得到凝膠基體； 將所述凝膠基體浸入含有鋰鹽的電解液中以吸附所述鋰鹽及所述電解液中的溶劑，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲磺酰亞胺鋰及三氟甲磺酸鋰中的至少一種，所述溶劑由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯混合形成；及 將吸附有所述鋰鹽及所述溶劑的凝膠基體取出得到凝膠聚合物電解質(zhì)，所述聚甲基丙烯酸甲酯與吸附的鋰鹽的質(zhì)量比為18:1-18:3.5，吸附的溶劑與所述聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1.2:1~0.5:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩的粒徑為3 μ π-?Ο μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述電解液中所述鋰鹽的濃度為0.5mol/L^l.5mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，將所述凝膠基體浸入所述電解液中5分鐘飛O分鐘以吸附鋰鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，將漿料澆鑄在玻璃板上，然后在60°C ~100°C下真空干燥以除去有機溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩MCM-41由以下步驟制備: 將十六烷基三甲基溴化胺溶解于水中，在20°C~40°C下攪拌10分鐘~100分鐘，再加入乙二胺攪拌形成均相溶液，其中所述十六烷基三甲基溴化胺與所述乙二胺的質(zhì)量比為1:4~1:2.5 ; 向所述均相溶液中緩慢加入正硅酸乙酯，攪拌6小時~12小時后靜置15小時~30小時，過濾后將得到的固體物洗滌至中性并干燥得到前驅(qū)體；及 除去所述前驅(qū)體中的十六烷基三甲基溴化胺得到介孔分子篩MCM-41。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，將前驅(qū)體在4000C飛00°C下焙燒3小時~10小時以除去十六烷基三甲基溴化胺。
【文檔編號】H01M10/058GK103682421SQ201210327407
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6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