专利名称：固态锂离子电池专用电解质膜制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态聚合物锂离子电池电解质的制备方法，具体地说即一种固态聚合物锂离子电池专用电解质膜制作工艺。
目前有实际应用价值的高分子固体电解质主要有两类一是以聚乙烯醇缩醛等高聚物和碳酸丙烯酯等非质子溶剂复合形成的胶质高分子电子解质，在工业生产中成本较高；二是以聚环氧乙烷(PEO)或聚环氧丙烷(PPO)等聚醚和碱金属盐复合形成的无溶剂高分子固体电解质。
由于PEO与碱金属盐络合物有较高的电导率，所以目前的聚醚固体电解质研究主要集中在PEO上，线型的结晶度很高(75％)，导致PEO碱金属盐络合物的室温电导率很低(10-8scm-1)，限制了它的使用范围。目前国际上广泛使用的是美国Bellcore技术，使用电解质溶液对偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物进行增塑形成的胶体作为电解质，这种方法在工业生产中成本较高。另一类使用较多的是以聚偏氟乙烯PVDF为基础的胶体电解质，这种电解质中仍需使用一些有机溶剂，因此在电池使用过程中不可避免出现胀气，影响电池寿命，降低电池的合格率，从而增加了电池的生产成本。
本发明的目的是对聚环氧乙烷(PE0)进行改性，以提高电解质室温电导率，得到较稳定的电解质。
本发明的生产工艺分别由聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)接枝苯乙烯加磺酸锂和制膜烘干两个阶段实现的。
在接枝阶段本质上含有聚偏氟乙烯10～18％，N甲基吡咯烷酮40～70％，和苯乙烯12～50％，依次由下列步聚制取聚偏氟乙烯10～18％加入N甲基吡咯烷酮40～70％缓慢加热至100℃全部溶化，同时搅拌，待降温至90℃时加入苯乙烯12～50％和少量引发剂过氧化苯甲酰，再加热至100℃维持2小时，用三氯甲烷清洗2遍，将接枝反应生成的聚合物固体收集；在制膜烘干阶段本质上含有接枝所得聚合物固体5-15％，丙酮32～60％，丁醇5～15％和磺酸锂10～58％，依次由下列步骤实现将上述接枝所得聚合物固体5～15％加入丙酮32～60％和丁醇5～15％，加热至100℃同时搅拌使其完全溶解后进行涂膜，涂膜厚度保持在50微米左右，待其中丙酮挥发干燥，进行磺化处理，将涂好的膜浸泡在浓度为80％的三氯甲烷溶液中3小时，将膜取出，用水清洗后放入浓度为50％的磺酸锂溶液中浸泡并加热至100℃维持1小时，将膜取出清洗数遍后放入80℃真空中干燥2小时即制成了固态聚合物锂离子电池专用电解质膜。
本发明的积极效果是由于利用了聚偏氟乙烯(PVDF)接枝苯乙烯+磺酸锂作为电解质，阴离子接枝在聚合物分子主链上，是一种锂离子的单离子导体，可以降低电池在充电过程中的极化，从而提高了电池的充放电性能。由于在聚合物的枝链上已存了锂离子，因此在电池中不再加入锂盐，降低了电池的制作成本。另外，与Bellcore技术相比，这种电解质不再是胶体而是固态电解质膜，使电池在充电时胀气现象得到缓和，提高了锂离子电池质量和合格率。
实施例2.聚偏氟乙烯200克加入N甲基吡咯烷酮1390克，加热至100℃同时搅拌至全部溶化；待降温至90℃时加入苯乙烯356克和引发剂过氧化苯甲酰4克，加热至100℃，保持2小时，用三氯甲烷清洗2遍，将接枝反应生成的聚合物固体收集；将上述聚合物固体200克加入丙酮1200克，丁醇200克，加热至100℃同时搅拌使其完全溶解后涂膜，涂膜厚度保持在50微米左右，待丙酮挥发干燥后将膜浸泡在浓度为80％的三氯甲烷溶液中3小时，取出膜用水清洗，放入浓度50％的磺酸锂溶液中浸泡并加热至100℃保持1小时，取出膜清洗数遍后放入80℃真空中干燥2小时。用交流电桥测得该膜的电导率1.20×10-3(S)。
实施例3.聚偏氟乙烯150克加入N甲基吡咯烷酮1050克，加热至100℃并搅拌至完全溶解；降温至90℃，加入苯乙烯294克和引发剂过氧化苯甲酰3.3克，再加热至100℃，保持2小时，用三氯甲烷清洗2遍，将接枝反应生成的聚合物固体收集；取上述聚合物固体150克，加入丙酮900克，丁醇150克，加热至100℃同时搅拌使其完全溶解后涂膜，涂膜厚度保持在50微米左右，待丙酮挥发干燥后将膜浸泡在浓度80％的三氯甲烷溶液中3小时，取出膜用水清洗，放入浓度50％的磺酸锂溶液中浸泡并加热至100℃保持1小时；取出膜清洗数遍后放入80℃真空中干燥2小时。用交流电桥测得该电解质膜的导电率1.105×10-3(S)。
权利要求
1.一种固态聚合物锂离子电池专用电解质膜制作工艺由聚合物接枝和制膜烘干两个阶段完成，其特征是在接枝阶段本质上含有聚偏氟乙烯10-18％，N甲基吡咯烷酮40～70％和苯乙烯12～50％，依次由下列工艺制取聚偏氟乙烯10～18％加入甲基吡咯烷酮40～70％缓慢加热至100℃同时搅拌至全部溶化，待降温至90℃时加入苯乙烯12～50％和少量引发剂过氧化苯甲酰，再加温至100℃保持2小时，用三氯甲烷清洗2遍，将接枝反应生成的聚合物固体收集；在制膜烘干阶段本质上含有接枝所得聚合物固体5～15％，丙酮32～60％，丁醇5～15％，磺酸锂10～58％，依次由下列工艺制取将接枝所得聚合物固体5～15％加入丙酮32～60％和丁醇5～15％加热至100℃同时搅拌使其完全溶解后进行涂膜，涂膜厚度保持在50微米左右，待丙酮挥发干燥后将膜浸泡在80％浓度的三氯甲烷溶液中3小时，取出膜，用水清洗后放入10～58％磺酸锂溶液中浸泡并加热至100℃保持1小时；取出膜清洗数遍后放入80℃真空中干燥2小时。
全文摘要
一种聚合物锂离子电池专用电解质膜由聚偏氟乙烯接枝苯乙烯+磺酸锂而成，在接枝阶段含有聚偏氟乙烯10～18％，N甲基吡咯烷酮40～70％，加热至100℃溶化后降温至90℃时加入苯乙烯12～50％和少量引发剂再加温至100℃2小时，用三氯甲烷清洗得聚合物固体；在制膜阶段将接枝所得聚合物固体5～15％、丙酮32～60％、丁醇5～15％加热搅拌溶解后涂膜，涂膜后浸泡在三氯甲烷中3小时，水洗后放入50％磺酸锂溶液中加热至100℃1小时，清洗后放入80℃真空中干燥2小时即成固态电解质膜。用该膜制作的锂电池优点是充放电性能好、成本低、电池的质量和合格率高。
文档编号H01M10/38GK1479399SQ0213820
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月29日 优先权日2002年8月29日
发明者邱新平, 吴永高, 施伯成 申请人:南通硬派电池有限公司