鋰離子電池聚合物電解質(zhì)的制備

聚合物電解質(zhì)的制備方法可分為物理法和化學(xué)法。物理方法是指聚合物溶液、鋰電解質(zhì)(或液體電解質(zhì))和其他添加劑(如無機(jī)粉體材料)的混合物。通過澆鑄或涂膜，可控制溶劑蒸發(fā)溫度、濕度和風(fēng)速。溶劑揮發(fā)后，可制得不同形貌的聚合物電解質(zhì)膜?；瘜W(xué)法是指聚合物單體,引發(fā)劑和電解質(zhì)鋰鹽(或液態(tài)電解質(zhì)),和其他添加劑的混合物,滲透到無紡布或鋰離子電池隔膜(例如Celguard膜),通過聚合方法(紫外線或熱)制備聚合物電解質(zhì)膜,分別描述如下。

1物理方法

 

聚合物基質(zhì)按照一定的比例和電解質(zhì)鋰鹽溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┗旌衔锘旌先芤夯蚓酆衔锘|(zhì)溶解在溶劑與聚合物溶液,然后加入一定比例的電解液混合物,然后涂料、溶劑完全揮發(fā),揭膜,然后得到聚合物電解質(zhì)膜,聚合物電解質(zhì)膜在強(qiáng)度允許的前提下盡可能薄,降低鋰離子電池的歐姆電阻，減小極化。一般來說，鑄膜適合于實驗室制備小尺寸樣品。

制備聚合物電解質(zhì)的物理方法，特別是凝膠聚合物電解質(zhì)，原料必須先經(jīng)過脫水處理，并且涂布過程也必須在無水、無氧手套箱或干燥室中進(jìn)行，這需要苛刻的操作環(huán)境。干燥過程中有機(jī)溶劑揮發(fā)，應(yīng)增加溶劑回收設(shè)備。發(fā)明于1990年代,如Gozdz貝爾技術(shù)極大地提高了聚合物電解質(zhì)膜涂料的制備過程的物理方法,這是因為傳統(tǒng)Bellcor技術(shù)在多孔膜的制備二氧化硅團(tuán)聚,分散在聚合物基質(zhì)中,和相轉(zhuǎn)移法在多孔膜的制備二氧化硅粉末主要分布在孔的內(nèi)壁,機(jī)械增強(qiáng)作用對SiO2在孔表面的孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)聚合物膜與電極的復(fù)合，通過軋制，不會導(dǎo)致孔隙率明顯降低，也不會導(dǎo)致聚合物電解質(zhì)膜的導(dǎo)電性。

 

2化學(xué)方法

 

化學(xué)方法制備的聚合物電解質(zhì)膜通常是聚合的,無論是固體或凝膠聚合物電解質(zhì)制備、或表面改性的聚合物電解質(zhì)膜,表現(xiàn)在所有材料活性成分,不涉及使用有機(jī)溶劑揮發(fā)或抽濾過程中,使用光或熱聚合,一步需要可以從聚合物電解質(zhì),特別是熱聚合法制備的液體電解質(zhì)方法與鋰離子電池兼容，環(huán)保且生產(chǎn)成本低廉，具有明顯的優(yōu)勢。

 

將單體、光引發(fā)劑、電解質(zhì)鹽(或液體電解質(zhì))的混合物滴在無紡布或其他基材上(固液作用)，用紫外線照射，單體固化后聚合，揭膜，聚合物電解質(zhì)膜。對于固體聚合物電解質(zhì)，鋰鹽分散在聚合物基體中。對于凝膠聚合物電解質(zhì)，液體電解質(zhì)包含在聚合物基體中。為了制備力學(xué)性能良好的聚合物電解質(zhì)，在預(yù)聚體溶液中加入交聯(lián)劑或含有雙官能團(tuán)或三官能團(tuán)的單體。聚合后的聚合物基體具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了凝膠聚合物電解質(zhì)的力學(xué)性能和保水性。

 

結(jié)果表明，聚合物電解質(zhì)膜是通過熱聚合法制備的。未反應(yīng)的單體在形成階段發(fā)生分解反應(yīng)，分解產(chǎn)物沉積在電極表面，增加電解質(zhì)/電極界面的電阻。在高倍率放電和低溫放電時，比容量為。隨著引發(fā)劑用量的增加，未反應(yīng)單體減少，分解產(chǎn)物減少，界面電阻減小，容量略有增加。