【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物固态电解质领域，具体涉及一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜及二氧化碳气体辅助制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池凭借其高工作电压和能量密度、低自放电率和环境友好等特点，已广泛应用于各类动力系统和规模化储能领域。但传统锂离子电池采用的液态有机电解液易挥发、易燃烧、热稳定性差，当电池使用不当发生热失控时，存在严重的安全隐患。采用难挥发、不易燃、热稳定性好的固态电解质取代有机电解液是解决传统锂离子电池安全问题的根本途径。
2、固态电解质主要分为无机固态电解质和聚合物固态电解质。目前研究较多的无机固态电解质主要包括石榴石型、钙钛矿型、钠超离子导体型(nasicon)、锂超离子导体型(lisicon)、lipon型和硫化物等。无机固态电解质虽然离子电导率最高、电化学窗口宽、机械模量高，但脆性大、难加工、成本高，而且电极/电解质固固界面接触不良，导致界面阻抗偏大。聚合物固态电解质是将电解质锂盐分散在聚合物基体中形成的，质量轻、易成膜、粘弹性好，具有良好的加工性和界面润湿性，是未来固态电池发展的重要方向。但其存在极化和锂枝晶生长问题，无法满足锂离子电池高倍率性的基本要求。
3、解决聚合物固态电解质极化和电池锂枝晶生长的最有效方法是通过与纳米填料复合，形成锂离子快速传输界面，以加快锂盐的解离和锂离子的快速传递。同时，纳米填料还可增升固态聚合物电解质的机械强度，抵抗锂枝晶的穿刺。构建聚合物复合材料的填料有很多，如llzo、llto、sio2、bn、纳米纤维等，同时也有大量研究证明了这些方法的可行性。其中通过芳
4、综上所述，聚合物复合材料的成分对其性能有着重要的影响。而对于聚合物固态电解质，只有当填料形成连续的三维网络，与基体构筑连续的离子传输通道，才能明显提高聚合物电解质的导电性。在纳米颗粒填料增强的聚合物复合电解质中，通常需要填料的质量分数达到50％以上，才能形成连续的网状结构，但是这样就会大大提高薄膜的密度和厚度，对提升电池的综合性能非常不利。因此，急需找出一种低密度、自支撑、大比表面积的填料，通过复合构建有序三维结构离子通道，提高导电性，降低能量密度，获得高离子电导率的轻质超薄聚合物复合固态电解质。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜及二氧化碳气体辅助制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本专利技术改善聚合物固态电解质的综合性能，得到的芳纶纳米纤维增强聚合物固态电解质膜具有高离子迁移数，宽的温度耐受范围，高的结构稳定性，宽的电压窗口，在聚合物复合电解质领域具有广泛的应用前景。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜，所述超薄纳米芳纶纤维电解质膜的制备原料包括：新型质子供体、芳纶纤维、第一溶剂、第二溶剂、不良溶剂、冻干剂、碱、离子导电聚合物以及电解质盐；
4、所述芳纶纤维与离子导电聚合物的质量比为8％；碱与芳纶纤维的质量比为50％；电解质盐与离子导电聚合物的比例通过电解质盐的阳离子和离子导电聚合物中的离子导电单元确定，阳离子：离子导电单元的摩尔比为1:16；第一溶剂与芳纶纤维的质量比为100:0.3；第二溶剂与离子导电聚合物的质量比为100：1.5；不良溶剂与芳纶纤维的质量比为5000:0.3；冻干剂与芳纶纤维的质量比为5000:0.3；
5、所述的新型质子供体为二氧化碳气体；
6、所述的芳纶纤维为对位芳纶；
7、所述的第一溶剂为二甲基亚砜；
8、所述的第二溶剂为乙腈；
9、所述的不良溶剂为去离子水；
10、所述的冻干剂为去离子水和叔丁醇按照1:1体积比的混合物；
11、所述的碱为氢氧化钾；
12、所述的离子导电聚合物为聚环氧乙烷；
13、所述电解质盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂。
14、一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，包括以下步骤：
15、第一步：将芳纶纤维和碱加入第一溶剂中，不断搅拌去质子化，得到均匀的芳纶纳米纤维溶液；
16、第二步：将第一步配制好的芳纶纳米纤维溶液稀释至一定浓度，浇筑在模具中，放入co2气氛中进行自组装，静置不同时间后取出，得到芳纶纳米纤维有机凝胶；
17、第三步：将芳纶纳米纤维有机凝胶浸入不良溶剂浴中进行溶剂交换和完全自组装，得到芳纶纳米纤维水凝胶；
18、第四步：将芳纶纳米纤维水凝胶浸入冻干剂浴，进行溶剂交换；
19、第五步：将第四步得到的芳纶纳米纤维凝胶进行冷冻干燥，得到具有特异性结构的芳纶纳米纤维气凝胶膜；
20、第六步：将离子导电聚合物和电解质盐加入第二溶剂中，搅拌至溶解，得到均匀透明溶液；
21、第七步：将第六步得到的均匀透明溶液浇筑在第五步得到的芳纶纳米纤维气凝胶膜上，在真空加热条件下进行溶剂挥发，得到薄纳米芳纶纤维电解质膜。
22、进一步地，所述模具的制备具体为：将厚胶带粘在方形玻璃板四周，形成凹槽，得到模具。
23、进一步地，所述的厚胶带为聚甲基丙烯酸甲酯。
24、进一步地，所述的方形玻璃板为硅酸盐透明玻璃。
25、进一步地，所述模具的深度为1mm。
26、进一步地，第二步中芳纶纳米纤维溶液稀释后的浓度为0.3wt％；在co2气氛中的静置时间为5～60s。
27、进一步地，第三步中溶剂交换和完全自组装的时间为24h。
28、进一步地，第四步中溶剂交换时间为24h。
29、进一步地，第五步中冷冻干燥时采用冷冻干燥机，冷冻干燥机温度<-50℃，冷冻干燥机压强<100pa，冷冻干燥时间12h。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
31、首先，新型的co2质子供体能够实现芳纶纳米纤维在有机溶液体系中自组装，得到具有较强机械性能的芳纶纳米纤维有机凝胶，与传统的h2o质子供体相结合，从而得到具有特异性结构的低密度、自支撑芳纶纳米纤维气凝胶；其次，芳纶纳米纤维、离子导电聚合物以及电解质盐之间存在键合作用，具有很好的相容性，制得的聚合物固态电解质膜不会发生相分离，可获得柔软的电解质膜；另外，芳纶纳米纤维具有高比表面积，与离子导电聚合物复合之后能够得到大量连续的界面；导电盐在体系中的溶解性很高，而且阴离子基团能够被芳纶纳米纤维束缚，提高阳离子迁移数，抑制极化，使得该聚合物固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜，其特征在于，所述超薄纳米芳纶纤维电解质膜的制备原料包括：新型质子供体、芳纶纤维、第一溶剂、第二溶剂、不良溶剂、冻干剂、碱、离子导电聚合物以及电解质盐；
2.权利要求1所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述模具的制备具体为：将厚胶带粘在方形玻璃板四周，形成凹槽，得到模具。
4.根据权利要求3所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述的厚胶带为聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求3所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述的方形玻璃板为硅酸盐透明玻璃。
6.根据权利要求3所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述模具的深度为1mm。
7.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，第二
8.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，第三步中溶剂交换和完全自组装的时间为24h。
9.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，第四步中溶剂交换时间为24h。
10.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，第五步中冷冻干燥时采用冷冻干燥机，冷冻干燥机温度<-50℃，冷冻干燥机压强<100Pa，冷冻干燥时间12h。
...【技术特征摘要】
1.一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜，其特征在于，所述超薄纳米芳纶纤维电解质膜的制备原料包括：新型质子供体、芳纶纤维、第一溶剂、第二溶剂、不良溶剂、冻干剂、碱、离子导电聚合物以及电解质盐；
2.权利要求1所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述模具的制备具体为：将厚胶带粘在方形玻璃板四周，形成凹槽，得到模具。
4.根据权利要求3所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述的厚胶带为聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求3所述的一种超薄纳米芳纶纤维电解质膜的二氧化碳气体辅助制备方法，其特征在于，所述的方形玻璃板为硅酸盐透明玻璃。
6.根据权利要求3所述的一种超...
【专利技术属性】
技术研发人员：高国新，答欣宇，丁书江，崔东波，庄锐，张宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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