【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解质薄膜的，特别是涉及一种固体电解质薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代能源需求的不断增长，储能技术尤其是电池技术得到了飞速发展。在众多储能技术中，固态电池由于其高能量密度、长使用寿命和良好的倍率性能，逐渐成为新能源领域的重要发展方向。固态电池不仅应用于新能源汽车、高速电机和潜艇等高能耗设备，还广泛应用于移动通讯等日常设备。与传统液态电解质电池相比，固态电池在安全性、工作温度范围和能量密度等方面具有明显优势。特别是在安全性方面，固态电池因其无液态电解质的漏液风险，极大降低了使用过程中的安全隐患。因此，固态电池被认为是未来储能技术的重要发展方向之一。
2、尽管固态电池技术在不断进步，但现有技术仍然存在诸多不足，限制了其进一步推广应用。首先，传统的无机电解质和聚合物电解质材料各有其固有缺陷。无机电解质虽然具有较高的离子电导率和优异的热稳定性，但其制备过程复杂且脆性较大，难以在实际应用中实现大规模生产。聚合物电解质则在室温下的离子电导率较低，且不适用于高压高电流密度环境，限制了其应用范围。此外，现有的复合固态电解质在提高电导率和机械性能方面仍有较大优化空间。复合材料的界面结合力和稳定性问题，以及制备过程中材料的均匀性控制，都对最终产品性能产生重要影响。
3、例如，中国专利(cn114188603b)公开了一种纳米相分离的固体聚合物电解质薄膜及其制备方法和应用。该薄膜以聚苯乙烯-马来酸酐无规共聚物为刚性主链，在主链上接枝小分子量的聚乙二醇链段，通过溶液浇铸法得到具有纳米相分离结构的聚合物固体
4、再例如，中国专利(cn118117148a)公开了一种复合固态电解质薄膜的制备方法。其步骤包括：s1，制备类石墨相氮化碳粉末；s2，将类石墨相氮化碳粉末和聚偏二氟乙烯混合制备第一配置前驱液；s3，采用静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯纤维膜；s4，将类石墨相氮化碳粉末作为填充剂，并与聚氧化乙烯制备第二配置前驱液；s5，将第二配置前驱液浇筑于聚偏二氟乙烯纤维膜中，得到复合固态电解质薄膜。该技术方案使得复合固态电解质薄膜稳定性强、电导率高，有利于提高固态电池的电化学性能和力学性能。
5、现有技术在提升固态电解质薄膜的性能方面取得了一定进展，但均未涉及双离子导体的设计。引入导电子和导质子的双离子导体固体电解质薄膜，将会有效提高电池的整体性能，特别是在需要同时进行电子和质子传导的应用中。这种创新的双离子导体体系，具有显著的技术优势和广泛的应用前景，是未来固态电池技术发展的重要方向。
技术实现思路
1、现有技术在提升固态电解质薄膜的性能方面取得了一定进展，但均未涉及双离子导体的设计。引入导电和导质子的双离子导体固体电解质薄膜，将会有效提高电池的整体性能，特别是在需要同时进行电子和质子传导的应用中。这种创新的双离子导体体系，具有显著的技术优势和广泛的应用前景，是未来固态电池技术发展的重要方向。
2、本申请提供一种固体电解质薄膜的制备方法，包括如下技术步骤：
3、在适量的n,n-二甲基乙酰胺(dmf)中溶解聚偏二氟乙烯(pvdf)，搅拌至完全溶解，得到均匀的pvdf溶液；将碳基纳米材料分散在乙醇中，使用超声波处理至均匀分散，得到导电材料分散液；将导质子材料分散在乙醇中，通过超声波处理均匀分散，得到导质子材料分散液；将导电材料分散液加入到pvdf溶液中，充分搅拌均匀，得到混合前驱液；将模板材料固定在静电纺丝装置的纤维接收器上，并且将混合前驱液装入静电纺丝装置的注射器中，通过调节电压和流速，进行静电纺丝，制备含有碳基纳米材料的pvdf纤维膜；将一定比例的聚氧化乙烯(peo)与导质子材料溶解于乙醇中，形成第二配置前驱液，将第二配置前驱液均匀浇筑于pvdf纤维膜上，静置一段时间，使其充分浸润；将浇筑后的复合膜进行固化处理，固化处理后的复合薄膜浸入到溶解剂中去除模板材料，再进行真空干燥处理，得到具有纳米孔道结构的双离子导体固体电解质薄膜。
4、通过采用上述技术方案，首先，在n,n-二甲基乙酰胺(dmf)中溶解聚偏二氟乙烯(pvdf)，得到均匀的pvdf溶液，这为后续碳基纳米材料的均匀分散提供了良好的基底。通过超声波处理将碳基纳米材料(如石墨烯或碳纳米管)和导质子材料均匀分散在乙醇中，形成了导电材料和导质子材料的分散液，这一步确保了各功能材料的充分分散和均匀性。随后，将导电材料分散液与pvdf溶液混合并搅拌均匀，形成了混合前驱液，确保了导电性纳米材料在基底中的均匀分布，从而增强了最终薄膜的导电性。接着，在静电纺丝过程中，混合前驱液通过注射器精确控制，涂覆在纤维接收器上形成pvdf纤维膜。模板材料的使用进一步确保了纳米孔道结构的形成，通过调节电压和流速，使得纤维膜在形成过程中获得了均匀且可控的孔道结构。这些孔道为离子的高效传导提供了路径，从而优化了电解质的电化学性能。其后，将聚氧化乙烯(peo)和导质子材料的第二配置前驱液浇筑于纤维膜上，使其充分浸润，确保了质子导体材料的均匀分布和充分接触，提高了质子的传导效率。最后，通过固化处理和溶解去除模板材料，形成了稳定的纳米孔道结构，并通过真空干燥进一步提升了薄膜的机械强度和稳定性。整个过程的关键在于通过静电纺丝和模板法精确控制孔道的形成，使得最终得到的薄膜不仅具备优异的导电性和质子导电性，还能在长时间循环使用中保持高性能和稳定性。这种结构的设计和材料的选择，使得薄膜在高性能储能设备中表现出色，能够大幅提升电池的整体效率和寿命。
5、另外，本申请中将导电材料分散液先添加到聚偏二氟乙烯(pvdf)溶液中，能够使导电材料在更高的黏度环境中充分分散并与基体形成良好的结合，这种顺序可以确保导电材料在整个pvdf基体中均匀分布，形成稳定的导电网络，在导电材料均匀分布后，再添加导质子材料分散液，有助于避免导电材料与导质子材料之间的相互干扰，从而确保导质子材料能够更好地填充到导电网络的空隙中，这种方法有助于形成互不干扰但协同作用的双网络结构，提高材料的整体性能。
6、作为一种固体电解质薄膜的制备方法的优选技术方案，所述碳基纳米材料为石墨烯或碳纳米管，所述碳基纳米材料与聚偏二氟乙烯的质量比为1至10:100。
7、通过采用上述技术方案，石墨烯或碳纳米管的主要作用是通过形成高效的导电网络、提高机械强度、提供高比表面积和促进离子迁移，显著提升固体电解质薄膜的综合性能。这些特性使得薄膜在高性能储能设备中具有广泛的应用潜力，特别是在需要双重导电(电子和质子)功能的场合中，表现出优越的性能。
8、作为一种固体电解质薄膜的制备方法的优选技术方案，所述导质子材料为磷酸锆或硫化钼，所述导质子材料与聚氧化乙烯的质量比为1至5:100。
9、通过采用上述技术方案，磷酸锆和硫化钼作为导质子材料，主要作用是提高薄膜的质子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下技术步骤：
2.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述碳基纳米材料为石墨烯或碳纳米管，所述碳基纳米材料与聚偏二氟乙烯的质量比为1至10:100。
3.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述导质子材料为磷酸锆或硫化钼，所述导质子材料与聚氧化乙烯的质量比为1至5:100。
4.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，电压控制在10-20kV，流速控制在0.1-1mL/h，接收距离为10-20cm。
5.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述真空干燥温度控制在30℃，干燥时间为12-24小时。
6.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，固化时间为40℃，干燥时间为8小时。
7.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述模板材料为聚苯乙烯微球模板，所述溶解剂为二氯甲烷。
8.基于权利要求1至7任一所述的固体电解质薄膜的制备方
...【技术特征摘要】
1.一种固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下技术步骤：
2.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述碳基纳米材料为石墨烯或碳纳米管，所述碳基纳米材料与聚偏二氟乙烯的质量比为1至10:100。
3.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述导质子材料为磷酸锆或硫化钼，所述导质子材料与聚氧化乙烯的质量比为1至5:100。
4.根据权利要求1所述的固体电解质薄膜的制备方法，其特征在于，电压控制在10-20kv，流速控制在0.1-1ml/h，接收距离为10-20cm。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺晓东，姚汪兵，
申请(专利权)人：南京国轩电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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