流充放電性能，充放電電流為0.1C，測(cè)試前50個(gè)循環(huán)的容量。由附圖2可以看到，本實(shí)施例制備的聚合物電解質(zhì)材料，在充放電穩(wěn)定性和電容量保持率上，都明顯優(yōu)于純PAN組分凝膠電解質(zhì)(對(duì)比例)。
[0019]實(shí)施例2:
組分I為聚偏二氟乙烯，分子量5.3X 15 g/mol (Mw),生產(chǎn)廠家為Aldrich ChemicalCo。組分2為聚氧化乙烯，分子量為15 g/mol (Mw)，生產(chǎn)廠家為上海聯(lián)勝化工公司。組分3為lmol/L的LIPF6/DMC-EC (摩爾比為1:1)電解液。芯層和殼層紡絲液所用溶劑均為N，N-二甲基甲酰胺，其中芯層紡絲液濃度為10wt%，殼層紡絲液濃度為16wt%，同軸靜電紡絲過程中芯層紡絲液與殼層紡絲液流速比為0.7。將靜電紡絲得到的聚合物纖維膜置于50° C真空烘箱內(nèi)干燥8h，去除殘余的水分和溶劑。接著將其裁剪為直徑24_的圓片，層疊壓實(shí)，總重量為85mg，在60° C下真空干燥20h，獲得電解質(zhì)骨架材料。按照骨架材料和電解液的重量比為1:20稱取電解液，在充滿氬氣的手套箱內(nèi)將聚合物骨架材料于室溫下在電解液中浸泡50h，取出用濾紙吸干表面殘留電解液，完成活化和凝膠化，獲得透明的聚合物凝膠電解質(zhì)。
[0020]聚合物電解質(zhì)骨架材料的室溫飽和吸液率為1006%，放置15天后吸收電解液的保持率為90.6% ;聚合物電解質(zhì)室溫鋰離子電導(dǎo)率為4.8X 10_3S κπΤ1，電化學(xué)窗口為4.7V。以金屬鋰片為負(fù)極，鈷酸鋰為正極組裝成半電池，測(cè)試恒流充放電性能，充放電電流為0.1C，測(cè)試前50個(gè)循環(huán)的容量。由附圖2可以看到，本實(shí)施例制備的聚合物電解質(zhì)材料，在充放電穩(wěn)定性和電容量保持率上，都明顯優(yōu)于純PAN組分凝膠電解質(zhì)(對(duì)比例)。
[0021]實(shí)施例3:
組分I為聚丙烯腈，分子量為15 g/mol (Mw),生產(chǎn)廠家為UK Courtaulds Co。組分2為為聚氧化乙烯，分子量為15 g/mol (Mw)，生產(chǎn)廠家為上海聯(lián)勝化工公司。組分3為lmol/L的LIPF6/DEC-EC (摩爾比為1:1)電解液。芯層和殼層紡絲液所用溶劑均為N，N-二甲基甲酰胺，其中芯層紡絲液濃度為12wt%，殼層紡絲液濃度為18wt%，同軸靜電紡絲過程中芯層紡絲液與殼層紡絲液流速比為0.8。將靜電紡絲得到的聚合物纖維膜置于50° C真空烘箱內(nèi)干燥8h，去除殘余的水分和溶劑。接著將其裁剪為直徑20mm的圓片，層疊壓實(shí)，總重量為70mg，在60° C下真空干燥20h，獲得電解質(zhì)骨架材料。按照骨架材料和電解液的重量比為1:18稱取電解液，在充滿氬氣的手套箱內(nèi)將聚合物骨架材料于室溫下在電解液中浸泡45h，取出用濾紙吸干表面殘留電解液，完成活化和凝膠化，獲得透明的聚合物凝膠電解質(zhì)。
[0022]聚合物電解質(zhì)骨架材料的室溫飽和吸液率為1082%,放置15天后吸收電解液的保持率為91.6% ;聚合物電解質(zhì)室溫鋰離子電導(dǎo)率為4.4X 10_3S μπΤ1，電化學(xué)窗口為5.0V0以金屬鋰片為負(fù)極，鈷酸鋰為正極組裝成半電池，測(cè)試恒流充放電性能，充放電電流為0.1C，測(cè)試前50個(gè)循環(huán)的容量。由附圖2可以看到，本實(shí)施例制備的聚合物電解質(zhì)材料，在充放電穩(wěn)定性和電容量保持率上，都明顯優(yōu)于純PAN組分凝膠電解質(zhì)(對(duì)比例)。
[0023]對(duì)比實(shí)施例:
為了與基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)的實(shí)施例進(jìn)行對(duì)照，選用純聚丙烯腈制備沒有芯/殼結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，分子量為15 g/mol (Mw)，生產(chǎn)廠家為UKCourtaulds Co。紡絲液濃度為14wt%,其他靜電紡絲參數(shù)均與實(shí)施例1保持一致。將靜電紡絲得到的聚合物纖維膜置于50° C真空烘箱內(nèi)干燥8h，去除殘余的水分和溶劑。接著將其裁剪為直徑22mm的圓片，層疊壓實(shí)，總重量為78mg，在60° C下真空干燥20h，獲得電解質(zhì)骨架材料。選用lmol/L的LIPF6/DEC-EC (摩爾比為1:1)電解液，按照骨架材料和電解液的重量比為1:15稱取電解液，在充滿氬氣的手套箱內(nèi)將聚合物骨架材料于室溫下在電解液中浸泡40h，取出用濾紙吸干表面殘留電解液，完成活化和凝膠化，獲得透明的聚合物凝膠電解質(zhì)。
[0024]聚丙烯腈纖維膜電解質(zhì)骨架材料的室溫飽和吸液率為675%,放置15天后吸收電解液的保持率為84.3% ;聚合物電解質(zhì)室溫鋰離子電導(dǎo)率為1.7X 10?.cnT1，電化學(xué)窗口為5.2V。與本發(fā)明的實(shí)施例相比較，可以突出基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)所具有的優(yōu)勢(shì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于，包括以下組分及步驟: 組分1:納米纖維芯層聚合物； 組分2:納米纖維殼層聚合物； 組分3:優(yōu)選的電解液； 步驟1:將芯、殼層聚合物分別配制紡絲液，采用同軸靜電紡絲技術(shù)制備具有芯/殼結(jié)構(gòu)的聚合物納米纖維膜，在50° C真空烘箱內(nèi)干燥8h ； 步驟I1:將步驟I得到的納米纖維膜裁剪為圓片，將圓片層疊壓實(shí)，置于60° C真空烘箱內(nèi)干燥20h，得到聚合物凝膠電解質(zhì)骨架材料； 步驟II1:在手套箱內(nèi)將步驟II得到的骨架材料置于電解液中進(jìn)行活化和凝膠化，用濾紙吸干表面殘留電解液，獲得透明的聚合物凝膠電解質(zhì)，在氬氣環(huán)境下封裝備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，組分I中所述的納米纖維芯層聚合物為聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯，在納米纖維中含量為33%?45wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，組分2中所述的納米纖維殼層聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯或聚氧化乙烯，在納米纖維中含量為55%?67wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，組分3中所述的優(yōu)選的電解液包括LiPF6/DEC-EC(摩爾比為1:1)或LiPF6/DMC-EC (摩爾比為1:1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，步驟I中芯層聚合物紡絲液濃度控制在l(Tl4wt%，殼層聚合物紡絲液濃度控制在16?20wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，步驟I中芯層紡絲液與殼層紡絲液流速比為0.5^0.8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，步驟II中層疊后的骨架材料總重量控制在7(T85mg之間，圓片直徑2(T24mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其中，步驟III的聚合物電解質(zhì)骨架材料活化和凝膠化過程中，骨架材料和電解液的重量比為1:15?1:20，活化和凝膠化的總體時(shí)間為4(T50h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚合物電解質(zhì)，特別是涉及一種利用同軸靜電紡絲技術(shù)制備的微孔聚合物電解質(zhì)骨架材料，以及利用此骨架材料制備凝膠型聚合物電解質(zhì)的方法，屬于聚合物鋰離子電池領(lǐng)域。其制備步驟為：（1）配制芯、殼層靜電紡絲液；（2）利用同軸靜電紡絲技術(shù)制備芯/殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜；（3）納米纖維膜干燥、裁剪，層疊壓制成聚合物凝膠電解質(zhì)骨架；（4）在手套箱內(nèi)將骨架材料置于電解液中活化和凝膠化。該電解質(zhì)骨架材料對(duì)電解液有超強(qiáng)的吸附性和保持力，制得的凝膠聚合物電解質(zhì)有較高的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定的電化學(xué)窗口和良好的充放電性能，與鋰電極的界面相容性好，滿足常用扣式電池的組裝需要，可應(yīng)用于二次鋰離子電池的制備。
【IPC分類】D01F8-16, H01M10-0565, D01F8-08, D01F8-10
【公開號(hào)】CN104577198
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310472346
【發(fā)明人】隋剛, 畢海濤, 楊小平, 李剛, 張珍珍
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月11日