一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜及制备方法与流程

1.本发明涉及电池领域，提供一种适用于氯离子电池的柔性固态隔膜。


背景技术：

2.氯离子电池是绿色动力电池的一种，该电池理论体积能量密度高(2500wh l
‑1)、成本低、安全性好。由于海水、矿产、盐湖等均含有丰富的氯资源，氯离子电池也被认为是潜在的“下一代”电化学存储设备。传统的氯离子电池由于具有存在正极活性物质溶解的问题，电池循环寿命差，与此同时，柔性电池相比传统刚性电池具有较大优势，因此目前市场对于柔性电池的呼声较高，随着手机、可穿戴设备等消费类电子产品逐渐向柔性化方向发展，市场对于柔性电池的需求逐渐增加。
3.针对上述情况，我们提出了基于碳材料对氯离子吸附作用的新型氯离子电池，合成了柔性固态隔膜并组装了柔性氯离子电池。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供适用于氯离子电池的柔性固体隔膜。本发明采用聚乙烯醇高温冷却成膜技术，采用四甲基氯化铵做电解液溶质，合成了稳定、安全、性能好的柔性固态隔膜。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜的制备方法，步骤如下：
7.(1)将聚乙烯醇放在水中，在高温条件下搅拌直至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液。
8.(2)将四甲基氯化铵添加进溶解后的聚乙烯醇溶液中，维持聚乙烯醇溶解状态下搅拌均匀，得到混合液。
9.进一步地，所述的混合液中四甲基氯化铵的浓度为2.5
‑
7.5mol/l，优选为 5mol/l。所述的混合液中四甲基氯化铵与聚乙烯醇的质量之比为5.48:1
‑
16.44:1。
10.(3)停止加热，将步骤(2)得到的混合液倒入玻璃模具中自然冷却成膜。
11.本发明的有益效果：本发明基于聚乙烯醇高温冷却成膜技术，隔膜基于水系溶剂，安全环保。同时，聚乙烯醇价格低廉、隔膜制作工艺简单，降低了电池的成本，有助于大规模推广。使用该柔性固态隔膜组装了柔性氯离子电池，实现了电池在0
‑
180
°
范围内的弯曲折叠充放电，性能稳定且无机械损伤，经实际测试电池可以点亮20个led灯泡(额定电压：1.8v)，具备实际应用价值。
附图说明
12.图1为柔性固态隔膜的制作流程图。
13.图2中(a)为不同弯曲角度下的电池充放电曲线，(b)为0
°
，(c)为30
°
，(d) 为60
°
，(e)为90
°
，(f)为120
°
，(g)为150
°
，(h)为180
°
，(i)为合成柔性固体电解质。
14.图3为电池在不同角度下的弯曲图和点亮led灯泡的图片；(a)为0
°
，(b) 为30
°
，
(c)为60
°
，(d)为90
°
，(e)为120
°
，(f)为150
°
，(g)为180
°
， (h)为电池在0
°
度弯曲角度下点亮led灯泡的图片和(i)为电池在180
°
度弯曲角度下点亮led灯泡的图片。
具体实施方式
15.以下对本发明做进一步说明。
16.本发明采用聚乙烯醇高温冷却技术，采用四甲基氯化铵做电解质。聚乙烯醇高温冷却成膜工艺操作简单，原料成本低，大大降低了电池的成本，有利于电池的推广应用。同时，我们发现四甲基氯化铵与聚乙烯醇形成的膜具有较高的稳定性，因为具有吸水性的试剂与聚乙烯醇在室温冷却后不会形成膜，而四甲基氯化铵具有吸水性，冷却后成膜效果却很好，说明四甲基氯化铵与聚乙烯醇在高温下溶解后能够达到新的相平衡，这一发现为柔性氯离子电池的研究提供了重要的信息。柔性固态隔膜合成流程图见附图1，合成的柔性固态隔膜韧性强、导电率高、安全环保。采用此柔性隔膜我们组装了柔性氯离子电池，如附图2所示，在0
‑
180
°
弯曲及角度下进行了性能测试。同时，如附图3所示，我们对电池在不同弯曲角度下进行了实际应用测试，电池可以在不同弯曲角度下同时点亮20个led灯泡。
17.实施例1
18.取20ml去离子水加入1g聚乙烯醇放入烧杯中，然后将烧杯用保鲜膜封口转移到恒温磁力加热搅拌器上，100℃条件下恒温搅拌，直到聚乙烯醇完全溶解，然后称取5.48g四甲基氯化铵放入溶液中搅拌20min使其完全溶解，配置成2.5 mol/l的电解液，关闭加热将液体转移到玻璃培养皿中进行冷却成膜。
19.实施例2
20.取20ml去离子水加入1g聚乙烯醇放入烧杯中，然后将烧杯用保鲜膜封口转移到恒温磁力加热搅拌器上，100℃条件下恒温搅拌，直到聚乙烯醇完全溶解，然后称取10.96g四甲基氯化铵放入溶液中搅拌20min使其完全溶解，配置成5 mol/l的电解液，关闭加热将液体转移到玻璃培养皿中进行冷却成膜。
21.实施例3
22.取20ml去离子水加入1g聚乙烯醇放入烧杯中，然后将烧杯用保鲜膜封口转移到恒温磁力加热搅拌器上，100℃条件下恒温搅拌，直到聚乙烯醇完全溶解，然后称取16.44g四甲基氯化铵放入溶液中搅拌20min使其完全溶解，配置成7.5 mol/l的电解液，关闭加热将液体转移到玻璃培养皿中进行冷却成膜。
23.对比例1
24.取20ml去离子水加入1g聚乙烯醇放入烧杯中，然后将烧杯用保鲜膜封口转移到恒温磁力加热搅拌器上，100℃条件下恒温搅拌，直到聚乙烯醇完全溶解，然后称取5.349g氯化铵放入溶液中搅拌20min使其完全溶解，配置成5mol/l 的电解液，关闭加热将液体转移到玻璃培养皿中进行冷却成膜。发现溶剂变成氯化铵，在溶液冷却后会有大量氯化铵白色粉末析出，隔膜变得非常脆，形不成柔性隔膜。这说明，并不是所有的试剂按照这种方法都会形成柔性隔膜。
25.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将聚乙烯醇放在水中，在高温条件下搅拌直至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液；(2)将四甲基氯化铵添加进溶解后的聚乙烯醇溶液中，维持聚乙烯醇溶解状态下搅拌均匀，得到混合液；(3)停止加热，将步骤(2)得到的混合液倒入玻璃模具中自然冷却成膜。2.根据权利要求1所述的一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜的制备方法，其特征在于，所述的混合液中四甲基氯化铵的浓度为2.5
‑
7.5mol/l。3.根据权利要求2所述的一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜的制备方法，其特征在于，所述的混合液中四甲基氯化铵的浓度为5mol/l。4.根据权利要求1、2或3所述的一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜的制备方法，其特征在于，所述的混合液中四甲基氯化铵与聚乙烯醇的质量之比为5.48:1
‑
16.44:1。5.一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜，其特征在于，所述的柔性固态隔膜是由权利要求1
‑
4任一所述的制备方法制得的。

技术总结
本发明提供一种适用于固态柔性氯离子电池的隔膜及制备方法，属于电池领域。具体步骤如下：将聚乙烯醇放在水中，在高温条件下搅拌直至完全溶解，形成聚乙烯醇溶液。将四甲基氯化铵添加进溶解后的聚乙烯醇溶液中，维持聚乙烯醇溶解状态下搅拌均匀，得到混合液。停止加热，将得到的混合液倒入玻璃模具中自然冷却成膜。本发明基于聚乙烯醇高温冷却成膜技术，隔膜基于水系溶剂，安全环保。同时，聚乙烯醇价格低廉、隔膜制作工艺简单，降低了电池的成本，有助于大规模推广。助于大规模推广。助于大规模推广。


技术研发人员：李明强 李航
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2021/12/13