一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法
2024-02-19 20:39:15
一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，其原料甲氨基丁酸鋰採用一定濃度的NaOH水溶液在氮氣的保護下，與N-甲基吡咯烷酮反應之後，再加入氯化鋰來置換出其中的鈉離子而得到的。然後將得到的甲氨基丁酸鋰和碘化鋰或碘酸鋰與聚甲基丙烯酸甲酯和苯多酸酯類塑化劑的混合物分別經過三臺不同的雙螺杆擠出機從機頭的T型模具經擠出成型-保溫牽伸得到目標含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，該固體電解質薄膜中有機鋰和無機鋰化合物與聚合物的相容性好，製造的全固體鋰電池的充放電性能穩定，具有使用壽命長，充放電次數多，電池容量大等特點。
【專利說明】一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及二次電池，尤其是高分子固體電解質薄膜製造領域。
【背景技術】
[0002]電池很早就被人們用作電筒和電話等電器的電源，隨著科技的進步和新材料的發現，人們開發出了鎳氫電池和鋰電池，隨著手機和筆記本電腦等可攜式電器的問世，對電池的高性能化和小型輕量化等的需求顯得越來越強烈，為滿足這種需求，鋰離子型電池以能量密度高，能夠迅速充電等特點逐步引起人們的高度關注，與鎳鎘電池等其他的電池相比，基於電池能量密度高且充電迅速這些特點，人們對高效高容量高充電次數受用壽命長的新型鋰電池聚合物固體電解質薄膜的期待日益增強。
[0003]在-次電池或二次電池和電容器等電化學元件中，可以使用液體電解質來作為製造新電池的導電原材料，但液體的電解質具有液漏的危險或者缺少長時間的穩定性的缺點。由於固體電解質克服了以液體電解質電池漏液和不穩定的缺點，同時將聚合物固體電解質應用於各種電化學元件，在實現元件製造的簡單化的同時，元件自身的小型化或輕量化成為現實，不僅沒有液漏的危險，而且還提供可靠性高的電池元件。為此，在鋰離子型電池等中，在固體電解質的研究開發過程中，質輕且柔軟、加工容易的聚合物固體電解質的研究開發正活躍地進行。
[0004]1973年Wright等人首次發現了聚氧化乙烯(PEO)與鹼金屬鋰、鈉鹽絡合具有離子導電子的現象，從而使固體電解質的研究進入一個新的階段，但由於受材料和技術手段的限制，固體電解質的室溫電導率與實際應用需要相去甚遠。為了解決該問題，Feuillade等在1975年首先提出了採用一種彈性體與無機鋰電解質通過可以揮發的溶劑溶解形成一種混合物溶液，然後將含有無機鋰鹽的塗覆於一種固體的表面，形成一種含有無機鋰鹽的凝膠電解質薄膜，雖然後來由Abraham等作了深入研究。聚合物凝膠通常被定義為一個被溶劑溶脹的聚合物網絡體系，其獨特的網絡結構使凝膠同時具有固體的粘聚性和液體的分散傳導性。1995年美國Bellcore公司公開了一種新型凝膠聚合物電解質用於研發聚合物鋰離子固態電解質電池的技術。從那以後，對聚合物鋰離子電池用固體電解質的研究就更加。聚合物鋰離子電池是在液態鋰離子電池的基礎上開發出的最新一代鋰離子電池，其構成是採用具有離子導電性併兼具隔膜作用的聚合物-電解質代替液態鋰離子電池中的電解液，凝膠電解質是由聚合物、增塑劑和鋰鹽通過一定的方法形成的具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，利用固定在微結構中的液態電解質分子實現離子傳導，它的室溫電導率一般在10_3S/cm數量級。
[0005]高分子電解質是由高分子基質與摻雜鹽形成的絡合物.要使鹽溶於高分子並形成均勻溶液，高分子鏈與鹽之間必須存在相互作用.如果高分子鏈含有電子給予原子如氧原子、硫原子或氮原子，它能同鹽中的陽離子通過L ew is酸鹼反應進行絡合，那麼它們的相互作用就很容易產生.當LiClO4溶於PPG會引起體積收縮，鹽加入PPG配成10.41%(wt)溶液所引起的體積收縮相當於25°C時給高分子溶劑施加1.90xl07Pa.這表明在Li+與PPG醚氧原子之間存在強烈相互作用.他們還發現鹽的加入會使PPG玻璃化轉變溫度顯著提高，LiClO4含量達25%時，PPG(MW2000)的T g由_70°C升高至40°C.他們認為，Li+不能被大的C104_離子很好屏蔽，因而很容易沿著高分子骨架與極性醚氧原子發生相互作用，這將有利於鹽的解離.這種作用亦使得鏈間相互作用得以發生，從而導致高分子鏈的物理交聯。
[0006]由於大部分的高分子化合物是電絕緣體，但自報導某種高分子材料，例如聚環氧乙烷(PEO)與諸如鋰鹽那樣的電解質鹽形成結晶性的絡合物而顯示高的離子傳導性以來，以PEO或其他的聚環氧烷、還有同樣在分子中具有離子解離基的聚乙烯亞胺或聚磷腈等作為基質的高分子固體電解質的研究正引起人們的注意。特別是報導了許多以聚環氧烷作為基質的成分的高分子固體電解質的研究，最近，室溫附近的離子傳導度被改進至10_4?10_6S/cm。但是，為了得到高離子傳導性，就需要提高基質中的聚環氧烷的含量，這反而顯著地降低電解質薄膜的強度或耐熱性，因而得到有實用性的固體電解質是困難的，再有如果在低溫，例如0°C以下，離子傳導性極端地降低也是問題作為高分子固體電解質，提出了以通過活性陰離子聚合使甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯(A)和苯乙烯(B)共聚的ABA型三嵌段共聚物作為基質基材的高分子固體電解質，但是，作為成分六的甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯的均聚物，儘管是高分子量物質，但在室溫是液狀，為了以A-B-A型共聚物作為固體電解質的基質基材，所以成分A的含量有限制，這意味著作為鋰離子的擴散輸送空間的PEO區域結構的形狀和尺寸有限制，實際40°C時的離子傳導性許多不滿足10_6S/cm。
[0007]從固體電解質的導電機理來看，在聚合物熔點60°C以下其SPE通常由聚合物晶相、聚合物與鋰鹽形成的晶態化合物和含溶劑化鹽的聚合物非晶相構成導電機理研究表明在電場作用下離子遷移主要發生在非晶相區域內又由於聚合物近程鏈段的運動有助於促進聚合物與Li+之間配位鍵的破壞和形成為Li+的遷移提供自由體積因此降低聚合物的結晶度和玻璃化轉變溫度(Tg)提高聚合物鏈的柔順性和增加其自由體積密度都有助於獲得高導電性能的SPE而不與聚合物發生締合作用的陰離子一般認為是通過向空位的定向遷移而導電的另一方面低介電常數的聚合物使離子與離子之間存在著強的相互作用導致了在SPE中除了自由的陰離子和溶劑化的陽離子外還存在溶劑化離子對緊密離子對三離子聚集體和其它離子聚集體它們決定了載流子的濃度和遷移能力也是影響SPE導電能力的重要因素。但是，在由聚合物和鋰鹽形成的固態電解質薄膜之中，根據鋰鹽的導電機理，在一定電壓下，使鋰鹽離解成陰陽離子，這些陰陽離子在電壓的作用下，發生定向遷移，但是，由於聚合物在固態電解質中起著支撐作用，同時，受到聚合物的結構的限制，如果該聚合物是晶體結構，可以使鋰鹽離解形成的陰陽離子在電壓的作用下阻礙這些陰陽離子的運動，因此，為了提高固態電解質的導電量和由該電解質製造的電池的容量，一方面，需要聚合物是無定形的形態，另一方面，需要鋰鹽具有很好的離解能力，為此，研究一種高效能電解質是每一個研究者的目標。
[0008]在中國專利申請:03817326.3中介紹了一種以提供熱特性、物理特性和離子傳導度優良、接近實用水平的高分子固體電解質，特別是全固體電解質，以及成為用於製造該電解質的基質的共聚物組合物為目的。該高分子固體電解質含有共聚物和電解質鹽，該共聚物中具有以式(I)表示的重複單元的嵌段鏈A，具有以式(II )(式中，R9表示芳基)表示的重複單元的嵌段鏈B、以及具有以式(111)(式中，R13表示芳基或者雜芳基)表示的重複單元的嵌段鏈C以B、A、C的順序排列。該高分子固體電解質也是採用嵌段聚合的方法合成一種固體電解質所需要的無定形聚合物，與其它聚合物相比較，該固體電解質充分而利用聚合物的網絡空間結構，從而得到相應效果的導電電解質和電池容量，但是，聚合物的支鏈過多又會阻礙電解質離解後的運動。
[0009]在中國專利申請號碼96197348.X公開了一種由浸潰了非水電解液的閉孔多孔狀聚合物發泡體製成的新型複合髙分子電解質，它包括多個由孔壁限定的閉孔，孔壁構成了用非水電解液浸潰的連續固相母體，形成連續固相微區，其中多個閉孔基本上填充了非水電解液以形成多個液相微區，它們分散在上述連續固相微區中。該發明複合髙分子電解質不僅具有很髙的離子電導串和很高的機械強度，而且能防止非水電解液洩漏，因此該發明的電解質可有利地用於各種非水電化學裝置。也就是說，包含本發明複合髙分子電解質的非水電化學裝置不僅具有優良的電化學性，而且能維持其中的電解液，為此，該發明在製造工藝上存在明顯的不足。
[0010]鑑於現有技術的以上缺點，本發明的目的是克服目前固體電解質的不足，採用與聚合物相容性很好的有機鋰鹽，其以提高鋰鹽在聚合物中的分散性，進而提高固體電解質的電容量和充放電速率，同時採用聚甲基丙烯酸甲酯這種支鏈相對較少且支鏈短的聚合物，降低鋰鹽離解後鋰離子和陰離子在電壓的作用下移動的阻礙，從而提高該固體電解質的導電率和由該電解質製成電池的容量。
【發明內容】
[0011]本發明實現發明目的的主要工藝包括如下。
[0012]一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，將經高活性處理的甲氨基丁酸鋰和無機鋰的混合物經過雙螺杆擠出機擠出，經過機頭的T型模具形成厚度為6?8_寬為12?24mm的片材，該固體電解質片材夾在另外兩臺雙螺杆擠出機擠出同樣寬度和厚度的聚甲基丙烯酸甲酯片材的中間，然後經過溫度為100?120°C的保溫甬道牽伸成600?1200mm寬和0.6?1.0mm厚含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，固體電解質中有機鋰和無機鋰摩爾比為3:1，鋰在聚合物中的含量為6?8%wt，其製造工藝包括:
[0013]A:高活性甲氨基丁酸鋰製備:
[0014]I)在氮氣的保護下，將38%wt的NaOH水溶液緩慢的地加入溫度為60?80°C的N-甲基吡咯烷酮NMP溶劑中，然後以0.6?0.8°C /min的升溫速度將溫度升到100?120 °C，並在該溫度條件下，回流保溫3?4.5h後，然後1.6?1.8 °C /min升溫速度將溫度升到180?200°C，並在該溫度條件下，回流保溫30?45min;然後，將反應混合物
0.6?0.8°C /min的降溫速度將溫度降到150?160°C，在該溫度條件下加入固體氯化鋰，NaOH: LiCl:NMP的摩爾比為1: 1.003: 3，保溫2?3h後，停止回流，開始蒸發出反混合物中的水份，每隔5min檢測蒸發出來的液體成分，當蒸發出的液體成分中含N-甲基吡咯烷酮溶劑的量佔90%且大量白色晶體析出後停止攪拌和加熱，並趁熱保溫過濾，過濾後用溫度為30°C的N-甲基吡咯烷酮溶劑不斷衝洗白色晶體濾出物；
[0015]2)將I)得到的白色晶體溶於乙醇溶劑中，形成含白色晶體20?30%wt的乙醇溶液，然後水浴加熱，將溫度升到60?70°C，保溫回流45min，然後，將溫度降到20?30°C後，過濾；[0016]4)重複3)對得到的濾餅反覆洗滌6-8次後，將濾餅置入100-110°C的真空烘箱中乾燥2-3h後，白色晶體變成含有30%-40%wt結晶水的白色粉末待用；所得白色粉末為純度為99-99.95%甲氨基丁酸鋰；
[0017]B:含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜製備
[0018]將A步驟得到的白色粉末與無機鋰粉末按3:1的摩爾比，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為200-220°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出成片材?』然後將加入苯多酸酯類塑化劑的聚甲基丙烯酸甲酯分別輸入溫度為268-288°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過6-8級雙向牽伸成含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，得到目標物含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，其固體電解質最高導電率為8.12-9.36X10_3S/cm，電化學穩定窗口為5.1-
5.5V。
[0019]所述無機鋰可為碘化鋰或碘酸鋰。
[0020]所述苯多酸酯類塑化劑包括偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯、均苯四酸四酯、1，2，4 一偏苯三酸三異辛酯中之一。
[0021]考慮到提高收率，所述A步驟第I)步所得濾液的以0.6-0.8°C /min的降溫速度將溫度降到50-60°C，濾液中再次析出大量的白色晶體，然後在該溫度條件下過濾得到的白色晶體作為原料併入第2)步的白色晶體中。相應的各步驟的濾液作回收處理。
[0022]本發明所得產物固體電解質薄膜中有機鋰和無機鋰化合物與聚合物的相容性好，有機鋰和無機鋰化合物在聚甲基丙烯酸甲酯中的分布均勻，從而使由該電解質製造的全固體鋰電池的充放電性能穩定，使用壽命為438Q-638Q，充放電次數為1300-1800次，容量為180-220mAh/g ;其充放電次數和使用壽命以及電容量將比目前的鋰電池相應分別提高38 -120%ο
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0023]圖1為本發明工藝落線示意圖。
[0024]圖2為本發明實施例性能對照表。
【具體實施方式】:
[0025]除特別聲明的以外，本申請中涉及的各化學試劑均為化學純。
[0026]實施例1
[0027]在氮氣的保護下，以NaOH:LiCl:NMP的摩爾比為1.00:1.003:3.00將38%wt的NaOH水溶液緩慢的地加入溫度為60°C的N-甲基吡咯烷酮有機溶劑中，然後以0.8°C /min的升溫速度將溫度升到100°C，並在該溫度條件下，回流保溫4.5h後，然後1.8°C /min升溫速度將溫度升到180°C，並在該溫度條件下，回流保溫45min，然後，將反應混合物0.8°C /min的降溫速度將溫度降到150°C，在該溫度條件下加入固體氯化鋰，並保溫3h後，停止回流，開始蒸發出反混合物中的水份，每隔5min檢測蒸發出來的液體成分，當蒸發出的液體成分中含N-甲基吡咯烷酮溶劑的量佔90%時，同時有大量白色晶體析出後停止攪拌和加熱，並在該溫度條件下趁熱保溫過濾，過濾時用反應體系相同用量溫度為30°C的N-甲基吡咯烷酮溶劑不斷衝洗白色晶體，得到的無色濾液的溫度以0.8°C /min的降溫速度將溫度降到60°C，濾液中再次析出大量的白色晶體，然後在該溫度條件下過濾，得到的白色晶體溶於乙醇溶劑中，形成含白色晶體30%wt的乙醇溶液，然後水浴加熱，將溫度升到70°C，保溫回流45min，然後，將溫度降到30°C後，過濾，濾餅待用，回收處理濾液；得到的濾餅反覆洗滌8次，然後將濾餅置入110°C的真空烘箱中乾燥2h後，白色晶體變成含有30%wt結晶水的白色粉末經過傅立葉紅外光譜儀分析檢測為純度99.95%的甲氨基丁酸鋰；得到的甲氨基丁酸鋰白色為粉末和碘化鋰等無機鋰粉末按3:1的摩爾比溶於5:1質量比，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為200°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出厚度為6_寬為16mm的片材，然後將加入3%wt偏苯三酸三辛酯的聚甲基丙烯酸甲酯分別由溫度為268°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過6級牽伸成含有6%wt厚度為0.6mm有機鋰的聚合物固體電解質薄膜；該聚合物固體電解質的最高導電率為8.12xlO_3S/cm，電化學穩定窗口為1.1V，使用壽命為638Q，充放電次數為1800次，容量為180mAh/g。
[0028]實施例2
[0029]在氮氣的保護下，以NaOH:LiCl:NMP的摩爾比為1.00:1.003:3.00將38%wt的NaOH水溶液緩慢的地加入溫度為80°C的N-甲基吡咯烷酮有機溶劑中，然後以0.6V Mn的升溫速度將溫度升到120°C，並在該溫度條件下，回流保溫3h後，然後1.6°C /min升溫速度將溫度升到200°C，並在該溫度條件下，回流保溫30min，然後，將反應混合物0.6°C /min的降溫速度將溫度降到160°C，在該溫度條件下加入固體氯化鋰，並保溫2h後，停止回流，開始蒸發出反混合物中的水份，每隔5min檢測蒸發出來的液體成分，當蒸發出的液體成分中含N-甲基吡咯烷酮溶劑的量佔90%時，同時有大量白色晶體析出後停止攪拌和加熱，並在該溫度條件下趁熱保溫過濾，過濾時用反應體系相同用量溫度為30°C的N-甲基吡咯烷酮溶劑不斷衝洗白色晶體，得到的無色濾液的溫度以0.6°C /min的降溫速度將溫度降到38°C，濾液中再次析出大量的白色晶體，然後在該溫度條件下過濾，得到的白色晶體溶於乙醇溶劑中，形成含白色晶體20%wt的乙醇溶液，然後水浴加熱，將溫度升到60°C，保溫回流45min，然後，將溫度降到20°C後，過濾，濾餅待用，回收處理濾液；得到的濾餅反覆洗滌6次，然後將濾餅置入100°C的真空烘箱中乾燥3h後，白色晶體變成含有40%wt結晶水的白色粉末經過傅立葉紅外光譜儀分析檢測為純度99?％的甲氨基丁酸鋰；得到的甲氨基丁酸鋰白色為粉末和碘酸鋰等無機鋰粉末按3:1的摩爾比溶於5:1質量比，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為220°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出厚度8_寬為24mm的片材，然後將加入5%wt偏苯三酸三己酯的聚甲基丙烯酸甲酯分別由溫度為288°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過8級牽伸成含有8%wt厚度為1.0mm有機鋰的聚合物固體電解質薄膜；該聚合物固體電解質的最高導電率為9.36xlO_3S/cm，電化學穩定窗口為1.5V，使用壽命為438Q，充放電次數為1300次，容量為180mAh/g。
[0030]實施例3
[0031]在氮氣的保護下，以NaOH:LiCl:NMP的摩爾比為1.00:1.003:3.00將38%wt的NaOH水溶液緩慢的地加入溫度為7080°C的N-甲基吡咯烷酮有機溶劑中，然後以0.7°C /min的升溫速度將溫度升到110°C，並在該溫度條件下，回流保溫4.0h後，然後1.7°C /min升溫速度將溫度升到190°C，並在該溫度條件下，回流保溫40min，然後，將反應混合物
0.7 V /min的降溫速度將溫度降到155°C，在該溫度條件下加入固體氯化鋰，並保溫2.5h後，停止回流，開始蒸發出反混合物中的水份，每隔5min檢測蒸發出來的液體成分，當蒸發出的液體成分中含N-甲基吡咯烷酮溶劑的量佔90%時，同時有大量白色晶體析出後停止攪拌和加熱，並在該溫度條件下趁熱保溫過濾，過濾時用反應體系相同用量溫度為30°C的N-甲基吡咯烷酮溶劑不斷衝洗白色晶體，得到的無色濾液的溫度以0.7V /min的降溫速度將溫度降到555°C，濾液中再次析出大量的白色晶體，然後在該溫度條件下過濾，得到的白色晶體溶於乙醇溶劑中，形成含白色晶體26%wt的乙醇溶液，然後水浴加熱，將溫度升到638°C，保溫回流45min，然後，將溫度降到28°C後，過濾，濾餅待用，回收處理濾液；得到的濾餅反覆洗滌7次，然後將濾餅置入108°C的真空烘箱中乾燥2.6h後，白色晶體變成含有36%wt結晶水的白色粉末經過傅立葉紅外光譜儀分析檢測為純度99.91%的甲氨基丁酸鋰；得到的甲氨基丁酸鋰白色為粉末和碘化鋰和碘酸鋰(各38%)等無機鋰粉末按3:1的摩爾t匕，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為218°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出厚度為9mm寬為18mm的片材，然後將加入4%wt的1，2，4 一偏苯三酸三異辛酯的聚甲基丙烯酸甲酯分別由溫度為283°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過7級牽伸成含有7.l%wt厚度為0.8mm有機鋰的聚合物固體電解質薄膜；該聚合物固體電解質的最高導電率為8.83xlO_3S/cm，電化學穩定窗口為1.3V,使用壽命為584Q，充放電次數為1531次，容量200mAh/g。
[0032]對比實施例1
[0033]採用市售化學純甲氨基丁酸鋰與碘酸鋰等無機鋰粉末按1:3的摩爾比，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為220°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出厚度為8mm寬為24_的片材，然後將加入均苯四酸四酯的聚甲基丙烯酸甲酯分別由溫度為283°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過8級牽伸成含有8%wt厚度為1.0mm有機鋰的聚合物固體電解質薄膜；該聚合物固體電解質的最高導電率為7.82X10_5S/Cm，電化學穩定窗口為1.1V，使用壽命為280Q，充放電次數為902次，容量為270mAh/g。
[0034]經過對比實施例並結合圖2數據可知:甲氨基丁酸鋰的活性和其製造工藝密切關聯，採用本發明所用活性處理原料獲得的聚合物固體電解質薄膜具有更好的性能特徵。
【權利要求】
1.一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，將經高活性處理的甲氨基丁酸鋰和無機鋰的混合物經過雙螺杆擠出機擠出，經過機頭的T型模具形成厚度為6?8_寬為12?24mm的片材，該固體電解質片材夾在另外兩臺雙螺杆擠出機擠出同樣寬度和厚度的聚甲基丙烯酸甲酯片材的中間，然後經過溫度為100?120°C的保溫甬道牽伸成600?1200mm寬和0.6?1.0mm厚含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，固體電解質中有機鋰和無機鋰摩爾比為3:1，鋰在聚合物中的含量為6?8%wt，其製造工藝包括: A:高活性甲氨基丁酸鋰製備: 1)在氮氣的保護下，將38%wt的NaOH水溶液緩慢的地加入溫度為60?80°C的N-甲基吡咯烷酮NMP溶劑中，然後以0.6?0.80C /min的升溫速度將溫度升到100?120°C，並在該溫度條件下，回流保溫3?4.5h後，然後1.6?1.80C /min升溫速度將溫度升到180?2000C，並在該溫度條件下，回流保溫30?45min;然後，將反應混合物0.6?0.8°C /min的降溫速度將溫度降到150?160°C，在該溫度條件下加入固體氯化鋰，NaOH:LiCl:NMP的摩爾比為1: 1.003: 3，保溫2?3h後，停止回流，開始蒸發出反混合物中的水份，每隔5min檢測蒸發出來的液體成分，當蒸發出的液體成分中含N-甲基吡咯烷酮溶劑的量佔90%且大量白色晶體析出後停止攪拌和加熱，並趁熱保溫過濾，過濾後用溫度為30°C的N-甲基吡咯烷酮溶劑不斷衝洗白色晶體濾出物； 2)將I)得到的白色晶體溶於乙醇溶劑中，形成含白色晶體20?30%wt的乙醇溶液，然後水浴加熱，將溫度升到60?70°C，保溫回流45min，然後，將溫度降到20?30°C後，過濾； 4)重複3)對得到的濾餅反覆洗滌6?8次後，將濾餅置入100?110°C的真空烘箱中乾燥2?3h後，白色晶體變成含有30%?40%wt結晶水的白色粉末待用；所得白色粉末為純度為99?99.95%甲氨基丁酸鋰； B:含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜製備 將A步驟得到的白色粉末與無機鋰粉末按3:1的摩爾比，在高速攪拌器中混合均勻，然後輸入溫度為200?220°C的雙螺杆擠出機，由擠出機的機頭T模具擠出成片材；然後將加入苯多酸酯類塑化劑的聚甲基丙烯酸甲酯分別輸入溫度為268?288°C兩臺雙螺杆擠出機擠出，在片材混合器中，將有機鋰和無機鋰混合物的片材夾在中間，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯-有機鋰和無機鋰-聚甲基丙烯酸甲酯的片材，該片材輸入保溫甬道，經過6?8級雙向牽伸成含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，得到目標物含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜，其固體電解質最高導電率為8.12?9.36xlO_3S/cm，電化學穩定窗口為5.1?5.5V。
2.根據權利要求1所述之一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，其特徵在於，所述無機鋰可為碘化鋰或碘酸鋰。
3.根據權利要求1所述之一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，其特徵在於該苯多酸酯類塑化劑為偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯、均苯四酸四酯、1，2，4 一偏苯三酸三異辛酯之一。
4.根據權利要求1所述之一種含有機鋰的聚合物固體電解質薄膜的製造方法，其特徵在於，所述A步驟第I)步所得濾液的以0.6?0.8°C /min的降溫速度將溫度降到50?60°C，濾液中再次析出大量的白色晶體，然後在該溫度條件下過濾得到的白色晶體作為原料併入第2)步的白色晶體中。
【文檔編號】H01M10/056GK103456981SQ201310419213
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】宋大餘, 宋小春, 杜生民, 張亞麗 申請人:宋大餘