一种含有机锂的聚合物固体电解质薄膜的制造方法

摘要

本发明公开了一种含有机锂的聚合物固体电解质薄膜的制造方法，其原料甲氨基丁酸锂采用一定浓度的NaOH水溶液在氮气的保护下，与N‑甲基吡咯烷酮反应之后，再加入氯化锂来置换出其中的钠离子而得到的。然后将得到的甲氨基丁酸锂和碘化锂或碘酸锂与聚甲基丙烯酸甲酯和苯多酸酯类塑化剂的混合物分别经过三台不同的双螺杆挤出机从机头的T型模具经挤出成型‑保温牵伸得到目标含有机锂的聚合物固体电解质薄膜，该固体电解质薄膜中有机锂和无机锂化合物与聚合物的相容性好，制造的全固体锂电池的充放电性能稳定，具有使用寿命长，充放电次数多，电池容量大等特点。

主权项

一种含有机锂的聚合物固体电解质薄膜的制造方法，将经高活性处理的甲氨基丁酸锂和无机锂的混合物经过双螺杆挤出机挤出，经过机头的T型模具形成厚度为6～8mm宽为12～24mm的片材，该固体电解质片材夹在另外两台双螺杆挤出机挤出同样宽度和厚度的聚甲基丙烯酸甲酯片材的中间，然后经过温度为100～120℃的保温甬道牵伸成600～1200mm宽和0.6～1.0mm厚含有机锂的聚合物固体电解质薄膜，固体电解质中有机锂和无机锂摩尔比为3:1,锂在聚合物中的含量为6～8％wt,其制造工艺包括:A:高活性甲氨基丁酸锂制备：1)在氮气的保护下，将38％wt的NaOH水溶液缓慢地加入温度为60～80℃的N‑甲基吡咯烷酮NMP溶剂中，然后以0.6～0.8℃/min的升温速度将温度升到100～120℃，并在该温度条件下，回流保温3～4.5h后，然后1.6～1.8℃/min升温速度将温度升到180～200℃，并在该温度条件下，回流保温30～45min，然后，将反应混合物0.6～0.8℃/min的降温速度将温度降到150～160℃，在该温度条件下加入固体氯化锂，NaOH:LiCl:NMP的摩尔比为1:1.003:3，保温2～3h后，停止回流，开始蒸发出反应混合物中的水分，每隔5min检测蒸发出来的液体成分，当蒸发出的液体成分中含N‑甲基吡咯烷酮溶剂的量占90％时，同时有大量白色晶体析出后停止搅拌和加热，并在该温度条件下趁热保温过滤，过滤时用反应体系相同用量温度为30℃的N‑甲基吡咯烷酮NMP溶剂不断冲洗白色晶体；2)将1)得到的白色晶体溶于乙醇溶剂中，形成含白色晶体20～30％wt的乙醇溶液，然后水浴加热，将温度升到60～70℃，保温回流45min,然后，将温度降到20～30℃后，过滤；3)对2)得到的滤饼反复洗涤6～8次后，将滤饼置入100～110℃的真空烘箱中干燥2～3h后，白色晶体变成含有30％～40％wt结晶水的白色粉末待用；经过傅里叶红外光谱仪分析检测所得白色粉末为甲氨基丁酸锂，纯度为99～99.95％；B:含有机锂的聚合物固体电解质薄膜制备将A步骤得到的白色粉末与无机锂粉末按3:1的摩尔比，在高速搅拌器中混合均匀，然后输入温度为200～220℃的双螺杆挤出机，由挤出机的机头T模具挤出成片材；然后将加入苯多酸酯类塑化剂的聚甲基丙烯酸甲酯分别输入温度为268～288℃两台双螺杆挤出机挤出，在片材混合器中，将有机锂和无机锂混合物的片材夹在中间，形成含有聚甲基丙烯酸甲酯‑有机锂和无机锂‑聚甲基丙烯酸甲酯的片材，该片材输入保温甬道，经过6～8级双向牵伸成含有机锂的聚合物固体电解质薄膜，所得目标含有机锂的聚合物固体电解质薄膜，其固体电解质导电率为8.12～9.36x10^‑3S/cm,电化学稳定窗口为5.1～5.5V。