一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法

摘要

一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法，它涉及一种聚合物电解质表面改性的方法。本发明主要解决聚合物电解质‑锂电极界面相容性差的问题。本发明的方法如下：一、配制离子导体前驱液；二、配置离子‑电子混合导电层前驱液；三、制备混合导电层改性的聚合物电解质。本发明方法制备的用于聚合物电解质表面改性的混合导电层可使磷酸铁锂半电池的放电比容量提升52%，对称电池的极化电压下降50%，而且所用原料价格低廉，来源广泛，具备商业化前景。本发明应用于锂离子电池领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料的制备方法，具体涉及一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法。

背景技术

全固态聚合物电解质有着液态电解质无法比拟的优势，用其组装的锂离子电池具备安全性高，形状灵活等特点，但恶劣的电解质-锂电极界面问题制约了它的发展。首先，聚合物电解质与锂电极之间为点接触，界面阻抗很大，而且电池在循环过程中，电极的体积会不断变化，最终导致电池发生断路。其次，电池循环过程中锂电极表面电流密度分布不均匀，电解质-电极界面钝化层不均匀生长，由此产生的锂枝晶最终会刺透隔膜，引起电池短路。

发明内容

本发明的目的是为了解决聚合物电解质与锂电极界面相容性差的问题，通过在聚合物电解质表面涂覆一层混合导电层，使锂电极表面电流密度分布均匀，达到削弱电池极化、锂离子均匀沉积的目的。

本发明的一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、配制离子导体前驱液

将适当质量比的聚偏氟乙烯和大豆分离蛋白溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液A，称取适量的有机改性蒙脱溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀加入适量的双三氟甲烷磺酰亚胺锂形成离子导体前驱液；

步骤二、配制离子-电子混合导电层前驱液

称取适量的乙炔黑溶入离子导体前驱液中形成离子-电子混合导电层前驱液；

步骤三、制备混合导电层表面改性的聚合物电解质

将离子-电子混合导电层前驱液均匀的刮涂在聚合物电解质表面，置于真空烘箱中将溶剂挥发干净，得到一种混合导电层表面改性的聚合物电解质。

本发明包含以下有益效果：

本发明对聚合物电解质表面改性后，电池的放电比容量提高了52％，有效地增强了电池的容量保持性能。

本发明能够均匀锂电极表面电流密度，引导锂离子均匀沉积，达到削弱电池极化、改善电解质-锂电极界面的目的。

本发明采用的原料来源广泛，价格低廉，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法的放电比容量-效率曲线。

图2为本发明一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法的容量-电压曲线。

图3为本发明一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法的界面阻抗随时间变化的曲线。

图4为本发明一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法的恒流极化测试曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法，其特征在于一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、配制离子导体前驱液

将适当质量比的聚偏氟乙烯和大豆分离蛋白溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液A，称取适量的有机改性蒙脱土溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀加入适量的双三氟甲烷磺酰亚胺锂形成离子导体前驱液；

步骤二、配制离子-电子混合导电层前驱液

称取适量的乙炔黑融入离子导体前驱液中形成离子-电子混合导电层前驱液；

步骤三、制备混合导电层表面改性的聚合物电解质

将离子-电子混合导电层前驱液均匀的刮涂在聚合物电解质表面，置于真空烘箱中将溶剂挥发干净，得到一种混合导电层表面改性的聚合物电解质。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：步骤一所述使用的聚偏氟乙烯和大豆分离蛋白的质量比为25：2～25：4，聚偏氟乙烯与大豆分离蛋白有协同作用，促进锂离子迁移，其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于：步骤一所述使用的聚偏氟乙烯和有机改性蒙脱土的质量比为25：1～25：3，蒙脱土与大豆分离蛋白有协同作用，促进锂盐的解离和锂离子的迁移，其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于：步骤二所述使用的离子导体前驱液和乙炔黑的质量比为5：2～5：4，使锂电极表面电流密度分布均匀，其他与具体实施方式一至三相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

具体实施例

本实施例的一种用于聚合物电解质表面改性的混合导电层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、配制离子导体前驱液

将0.5g聚偏氟乙烯和0.06g大豆分离蛋白溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液A，称取0.04g有机改性蒙脱土溶于N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，形成溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀加入0.4g双三氟甲烷磺酰亚胺锂形成离子导体前驱液；

步骤二、配制离子-电子混合导电层前驱液

称取0.3g乙炔黑融入0.5g离子导体前驱液中形成离子-电子混合导电层前驱液；

步骤三、制备混合导电层表面改性的聚合物电解质

将离子-电子混合导电层前驱液均匀的刮涂在聚合物电解质表面，置于真空烘箱中将溶剂挥发干净，得到一种混合导电层表面改性的聚合物电解质。

图1是混合导电层表面改性前后的聚合物电解质0.5C下的放电比容量-效率曲线，由图可知，原始聚合物电解质初始放电比容量为100mAh·g

图2a，b是混合导电层表面改性前后的聚合物电解质0.5C下的比容量-电压曲线，由图可知，改性以后的聚合物电解质充放电平台更长、更平稳，同时改性前后聚合物电解质的充放电平台电势差分别为0.36V和0.3V，说明改性以后电池的极化现象减弱。

图3a，b是混合导电层表面改性前后的聚合物电解质的界面阻抗随静置时间变化的曲线，由图可知，改性后的聚合物电解质界面阻抗明显减小且增长平缓。

图4为混合导电层表面改性前后的聚合物电解质的恒流极化曲线，由图可知，表面改性前后聚合物电解质的极化电压分别为0.2V和0.1V，极化电压下降了50％。