一种电解质膜及制备电解质膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种电解质膜及制备电解质膜的方法，包括锂化的快离子导体和熟化后的骨架材料，骨架材料经过了纤维化处理，快离子导体均匀分散于骨架材料中，形成致密的电解质膜。本发明专利技术还提供了一种制备电解质膜的方法，包括以下步骤：A、将聚合物、锂盐和电子受体剂均匀混合；B、锂化处理，得到快离子导体；C、加入熟化剂熟化骨架材料；D、向快离子导体中加入熟化的骨架材料，均匀混合后进行纤维化处理；E、对均匀混合物进行辊压出膜，即得到电解质膜。本发明专利技术选用熟化后的骨架材料作为粘结剂，使骨架材料更容易纤维化，加入少量的骨架材料，就能制得高机械强度的电解质膜，同时还保证了电解质膜具备较高的导离子率。解质膜具备较高的导离子率。解质膜具备较高的导离子率。

【技术实现步骤摘要】
一种电解质膜及制备电解质膜的方法


[0001]本专利技术涉及电解质膜
，特别涉及一种电解质膜及制备电解质膜的方法。

技术介绍

[0002]锂电池发展至今，已经成功应用在电动汽车，消费电子产品和商业储电领域，但传统液态锂电池仍然存在较多的问题。固态电池和半固态电池成为锂电池重点发展方向之一，电解质膜作为固态和半固态电池的重要组成部分，深刻影响着电池性能。目前，传统的湿法工艺由于工序复杂，使用溶剂，环境污染，能耗高，设备投入大等问题，限制其推广应用，干法制备电解质膜技术因其操作方法简单、设备投入少、无溶剂、低能耗、降低二氧化碳排放、对环境友好等特点，是现有电解质膜问题的重点解决方案之一。
[0003]目前，现有的干法制备电解质膜方法，较多采用硫化物做电解质，由于硫化物电解质存储和使用条件特殊，容易与空气中的水反应生成H2S，因此需要在手套箱或经过特殊处理的环境中开展，大规模生产实施困难，而如果采用氧化物作为电解质，其离子电导率偏低，所制备的电解质材料又不具备实用性。同时，在选择粘结剂时，较多干法制备工艺采用丁苯橡胶作为粘结剂，而要使膜达到正常的使用强度，丁苯橡胶的用量需要达到10%，如此高用量的粘结剂，势必会降低电解质膜的离子导电率，而且电解质膜的厚度也偏厚，偏厚的电解质膜不利于锂电池能量密度的提升。
[0004]中国专利CN113937354A公开了一种制备固态电解质膜工艺的改进方法，该方法先是将助剂A、粘结剂以及固态电解质粉共混，然后气流磨得到干粉，再向干粉中加入助剂B，混合后制备薄膜。该方法在制备时，由于固态电解质粉的掺量达到89%
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94.9%，因此在共混时，需要加入起润滑作用的助剂A（例如硬脂酸钙、甘油单硬脂酸脂等），而且在辊压制膜时，也加入了起润滑作用的助剂B（例如轻质烷烃、有机硅油等），其制备过程较复杂，得到的电解质膜的电导率也偏低，在7.1
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10
‑4S/cm以下，其并不是最优的实施方式。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电解质膜及制备电解质膜的方法，本专利技术通过分别对基材和粘结剂进行处理，采干法制备的方式辊压制膜得到电解质膜，其不仅具有干法制膜的特点，而且其制备效率高，能耗低，成本低，得到的电解质膜具有高电导率、轻薄化的特点，克服了现有干法制膜所存在的不足。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种电解质膜，包括锂化的快离子导体和熟化后的骨架材料，所述骨架材料经过纤维化处理，所述快离子导体均匀分散于所述骨架材料中，所述骨架材料与所述快离子导体共同形成致密的电解质膜。
[0007]进一步，所述电解质膜的厚度为20
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100μm。
[0008]进一步，将聚合物经过锂化处理后制得所述快离子导体，所述聚合物可以选自聚苯硫醚(PPS)、聚芳硫醚砜(PASS)、聚芳硫醚酮(PASK)、聚芳硫醚砜酰亚胺(PASSI)和聚芳硫醚酰胺(PASA)中的至少一种。需要说明的是，上述物质只是一些优选的材料，其他可导锂离
子的聚合物也可用于本专利技术，聚合物并不限于上述列举的物质。
[0009]进一步，所述骨架材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PFA)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素(CMC)中的至少一种。同样需要说明的是，上述物质只是一些优选的材料，其他可纤维化的物质也可用于本专利技术，骨架材料并不限于上述列举的物质。
[0010]本专利技术还提供了一种制备电解质膜的方法，包括以下步骤：A、取适量的聚合物，然后加入锂盐和电子受体剂，均匀混合后得到混料；B、对所述混料进行锂化处理，得到快离子导体；其中，锂化处理就是将混料加热至一定温度保温一定时间；C、取适量的骨架材料，加入适量的熟化剂，混料后得到熟化的骨架材料；D、向所述快离子导体中加入熟化的骨架材料，均匀混合后进行纤维化处理，得到快离子导体与纤维化的骨架材料均匀混合物；E、对所述均匀混合物进行辊压出膜，即得到电解质膜。
[0011]进一步，在步骤A中，加入锂盐和电子受体剂后，所述聚合物、所述锂盐和所述电子受体剂的质量比为100:1
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50：1
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30。例如可以是100:1:1、100:1:5、100:5:5、100:10:5、100:20:7、100:25:8、100:30:9、100:35:12、100:35:15、100:38:16、100:38:18、100:40:18、100:40:20、100:50:20、100:50:30等。
[0012]进一步，所述锂盐包括六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二（三氟甲基磺酰）亚胺锂、草酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种；所述电子受体剂选自四氯苯醌、二氯苯醌、对苯醌、二氯二氰苯醌中的一种或多种。
[0013]由于锂盐对水敏感，若聚合物中的水分不烘干除去，则会对锂盐产生负面影响。因此，进一步，在步骤A中，先将所述聚合物在60℃
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150℃（烘干温度可以是60℃、70℃、80℃、100℃、120℃、150℃等）条件下进行烘干，然后再加入锂盐和电子受体剂；在步骤B中，锂化处理的温度为180℃
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260℃（例如可以是180℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃等），锂化处理过程中保温时间为1h
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20h（可以根据实际情况选择具体的保温时间，例如可以是1h、2h、4h、5h、8h、10h、12h、15h、16h、18h、20h等）。
[0014]进一步，在步骤C中，所述骨架材料与所述熟化剂在
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5℃
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20℃（例如可以是
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5℃、
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2℃、0℃、2℃、5℃、8℃、10℃、15℃、18℃、20℃等）温度下进行混料，混料后于30℃
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80℃（例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、70℃、80℃等）下保温放置1h
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48h（可以根据实际情况选择具体的放置时间，例如可以是1h、5h、8h、10h、15h、18h、20h、24h、30h、32h、40h、48h等），得到熟化的骨架材料；具体地，在步骤C中，可以使用混料机将骨架材料与熟化剂进行混料，混料机的转速为1r/min
‑
100r/min（混合速度根据实际情况调整得到，其可以是1r/min、5r/min、10r/min、15r/min、20r/min、30r/min、50r/min等）。
[0015]优选的，所述熟化剂为液态的烷烃类物质（例如可以是航空煤油、异构十二烷、异构十六烷、异庚烷、异辛烷、正构十二烷、正构十四烷、正庚烷、白油、重芳烃等）；优选的，熟化的骨架材料中，所述熟化剂与所述骨架材料的质量比为1
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50:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解质膜，其特征在于，包括锂化的快离子导体和熟化后的骨架材料，所述骨架材料经过纤维化处理，所述快离子导体均匀分散于所述骨架材料中。2.如权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，所述电解质膜的厚度为20
‑
100μm。3.如权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，将聚合物经过锂化处理后制得所述快离子导体，所述聚合物包括聚苯硫醚、聚芳硫醚砜、聚芳硫醚酮、聚芳硫醚砜酰亚胺和聚芳硫醚酰胺中的至少一种。4.如权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，所述骨架材料包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸和羧甲基纤维素中的至少一种。5.一种制备电解质膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、取适量的聚合物，然后加入锂盐和电子受体剂，均匀混合后得到混料；B、对所述混料进行锂化处理，得到快离子导体；C、取适量的骨架材料，加入适量的熟化剂，混料后得到熟化的骨架材料；D、向所述快离子导体中加入熟化的骨架材料，均匀混合后进行纤维化处理，得到快离子导体与纤维化的骨架材料均匀混合物；E、对所述均匀混合物进行辊压出膜，即得到电解质膜。6.如权利要求5所述的制备电解质膜的方法，其特征在于，在步骤A中，加入锂盐和电子受体剂后，所述聚合物、所述锂盐和所述电子受体剂的质量比为100:1
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30。7.如权利要求5所述的制备电解质膜的方法，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二（三氟甲基磺酰）亚胺锂、草酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锫，朱高龙，邱越，华剑锋，李立国，戴锋，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：