CN118198483A - 一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，提供一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法，所述电解质膜包括：作为支撑物的聚四氟乙烯薄膜，以及附着在聚四氟乙烯薄膜上下两层的电解质材料；其中，电解质材料包括：多孔聚苯乙烯‑嵌段‑聚异戊二烯‑嵌段‑聚苯乙烯和电解质盐，以所述电解质材料的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。本发明的固态电解质膜具有高温稳定性，较强的机械性能，多孔性提高了电解质膜的离子电导率；制备方法简单低成本，可控性强；实现锂离子电池及锌离子电池在高温状态下（60~140度）的充放电性能，提高电池的功率密度，延长了电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法。
背景技术
耐高温电解质膜的研究背景主要源于对电池技术性能和安全性的不断提升的需求。随着电动汽车、可再生能源存储、移动设备等领域的发展，电池的性能和稳定性成为了制约这些技术进一步发展的关键因素。电解质作为电池的核心组成部分，其性能直接影响到电池的整体表现。在高温环境下，传统的电解质材料往往会出现稳定性下降、离子电导率降低等问题，这不仅影响了电池的工作效率，还可能引发安全问题。因此，研发具有耐高温性能的电解质膜成为了当前的研究热点。
现有技术中，中国专利申请CN106532116A公开了一类耐高温固态聚合物电解质的制备方法及其在锂电池中的应用，其制备方法至少包括：将一定比例的两种或多种聚合物单体、导电盐和引发剂在分子水平上混合均匀形成前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆于基材或电极表面，通过聚合的方法制备了固态聚合物电解质，将该电解质直接组装电池，该电池能够在室温和高温下工作。CN115678049A公开了一种高强度耐高温柔性凝胶电解质的制备方法，其包括以下步骤：（1）将纳米二氧化钛粉体在分散剂的作用下分散于去离子水中，得到均匀的纳米二氧化钛分散液；（2）在纳米二氧化钛分散液中加入丙烯酸酯或者丙烯酰胺类单体，通惰性气体排除体系中的氧气，在引发剂与催化剂的作用下，自由基聚合，获得纳米二氧化钛交联的纳米复合水凝胶；（3）将上述水凝胶浸泡于导电离子液体中一定的时间进行溶剂替换，然后在90℃条件下真空干燥，去除残留水分，得到所述的高强度耐高温柔性凝胶电解质。CN107394264A公开了一种耐高温水性聚氨酯固态电解质，由水性聚氨酯和锂盐构成；水性聚氨酯占电解质聚合物质量分数的70～90％，锂盐占电解质聚合物质量分数的10～30％；合成水性聚氨酯的低聚物多元醇原料中含有聚对苯二甲酸异山梨醇聚酯二元醇。CN111600067A公开了一种高温型固态电解质，所述高温型固态电解质包括细菌纤维素膜、二氧化硅纳米颗粒和离子液体电解质；所述细菌纤维素膜具有三维网状结构，所述二氧化硅纳米颗粒和离子液体电解质分布在所述细菌纤维素膜的三维网状结构内部；所述离子液体电解质包裹在二氧化硅纳米颗粒表面。
然而上述现有技术中的各方法制备工艺复杂、生产成本较高，得到的产品柔性较低，另外，研发的固态电解质膜制备方法大多基于合成一种固态电解质膜，电解质的离子电导率及电解质与正负极材料之间的界面兼容性都有提高的空间。
发明内容
本发明实施例提供了一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法，以解决现有技术中电解质膜的上述技术问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法，所述电解质膜包括：聚四氟乙烯薄膜，以及附着在聚四氟乙烯薄膜上下两层的电解质材料；
其中，所述电解质材料包括：多孔聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐，以所述电解质材料的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
优选的是，所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1。
优选的是，所述聚四氟乙烯薄膜的孔径为0.1μm，厚度为40~60μm。
优选的是，所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
优选的是，所述电解质盐包括：锂盐、锌盐中的其中一种或几种。
优选的是，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种。
优选的是，所述电解质材料由多孔聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐组成，其中，以所述电解质膜的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
所述制备方法包括如下步骤：
在溶剂中加入电解质材料，混合搅拌8~24小时得到溶液，将聚四氟乙烯薄膜放在模具上方，将搅拌后的溶液倒入所述聚四氟乙烯薄膜上方，干燥24~36小时，即可得所述耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，
其中，所述电解质材料包括：电解质盐及聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯，所述电解质盐与聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯的质量比为70~90：30~10。
优选的是，所述模具包括Ecoflex模具，所述干燥包括室温干燥。
优选的是，所述溶剂包括：三氯甲烷。
优选的是，所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1。
优选的是，所述聚四氟乙烯薄膜具有孔径为0.1μm，厚度为40~60μm。
优选的是，所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
优选的是，所述电解质盐包括：锂盐、锌盐中的其中一种或几种。
优选的是，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种。
优选的是，所述聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯与溶剂的质量体积比为：0.025~0.033g/ml。
本发明还提供一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，所述电解质膜由上述任一种所述的方法制备而成。
本发明还提供一种上述的电解质膜在电池中的应用。
本发明还提供一种电池，所述电池包括：正极、负极以及设置于所述正极和负极之间的电解质膜，其中，所述电解膜为上述任一种的电解质膜。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为本发明所用的Ecoflex 模具。
图2显示为含锂盐量（LiTFSI）不同的锂离子固态电解质膜。
图3显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质膜扫描图。
图4显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质膜弯曲、折叠和扭曲图。
图5显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质膜的电导率-温度曲线。
图6显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质组装的Li-碳纳米管膜全电池不同温度下的容量图。
图7显示为含锌盐量（ZnTFSI）80%的锌离子固态电解质组装的Zn-V2O5全电池不同温度下的容量图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明创造性地提出采用耐高温的PTFE（聚四氟乙烯）薄膜作为支撑材料，聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯（Polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene，PS-B-PI-B-PS）嵌段共聚物与电解质盐混合作为固态电解质材料，制备了多孔的、耐高温柔性全固态聚合物电解质膜，其中，电解质盐不固定为一种离子盐，本发明提供了多孔、耐高温的聚合物锂离子及锌离子固态电解质膜。
本发明提供一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法，所述电解质膜包括：聚四氟乙烯薄膜，以及在以及附着在聚四氟乙烯薄膜上下两层的电解质材料；
其中，所述电解质材料包括：多孔聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐，以所述电解质材料的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
优选的是，所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1。
优选的是，所述聚四氟乙烯薄膜具有孔径为0.1μm，厚度为40~60μm。
优选的是，所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
优选的是，所述电解质盐包括：锂盐、锌盐中的其中一种或几种。
优选的是，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种。
优选的是，所述电解质材料由多孔聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐组成，其中，以所述电解质膜的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
所述制备方法包括如下步骤：
在溶剂中加入电解质材料，混合搅拌8~24小时得到溶液，将聚四氟乙烯薄膜放在模具上方，将搅拌后的溶液倒入所述聚四氟乙烯薄膜上方，干燥24~36小时，即可得所述耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，
其中，所述电解质材料包括：电解质盐及聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯，所述电解质盐与聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯的质量比为70~90：30~10。
优选的是，所述模具包括Ecoflex模具，所述干燥包括室温干燥。
优选的是，所述溶剂包括：三氯甲烷。
优选的是，所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1。
优选的是，所述聚四氟乙烯薄膜孔径为0.1μm，厚度为40~60μm。
优选的是，所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
优选的是，所述电解质盐包括：锂盐、锌盐中的其中一种或几种。
优选的是，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种。
优选的是，所述聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯与溶剂的质量体积比为：0.025~0.033g/ml。
本发明还提供一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，所述电解质膜由上述任一种所述的方法制备而成。
本发明还提供一种上述的电解质膜在电池中的应用。
本发明还提供一种电池，所述电池包括：正极、负极以及设置于所述正极和负极之间的电解质膜，其中，所述电解膜为上述任一种的电解质膜。
优选的是，由此制备的锂-碳纳米管膜全电池在0.1 A g-1的电流密度下，其质量比容量为55~130 mAh g-1，由此制备的锌-V2O5全电池在0.1 A g-1的电流密度下，其质量比容量为108~230 mAh g-1。
本发明提供的耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜及其制备方法可取得如下有益的技术效果：
1、提高电池安全性：由于这种电解质膜具有高温稳定性，它能够在高温甚至超过100℃的条件下保持稳定的电化学性能，从而有效防止电池热失控的发生。此外，固态电解质不易泄漏、蒸发，也降低了电池的安全风险。
2、简化电池制造过程：由于耐高温柔性多孔固态电解质膜具有优异的柔性，它可以适应各种复杂的电池形状和设计，从而简化了电池制造过程。这不仅降低了生产成本，还有助于提高电池的能量密度。
3、延长电池寿命：固态电解质具有良好的离子选择性，能够防止锂金属或锌金属在充放电过程中与电解质发生不必要的副反应。这有助于减少电池的容量衰减，延长电池的循环寿命。
4、提高电池界面兼容性：耐高温柔性多孔固态电解质膜能够与正负极材料形成良好的界面接触，减少界面电阻和电荷转移阻抗，从而提高电池的整体性能。这有助于提升电池的能量效率和功率输出。
实施例1
本发明提供一种锂离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入1.2g双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具（如图1所示）上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锂盐量70%的耐高温（工作温度60~140度）柔性全固态锂离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。如图2最左侧所示为含锂盐(LiTFSI)量70%离子固态电解质膜，呈现为多孔状。
实施例2
本发明提供一种锂离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入2.0 g双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具（如图1所示）上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锂盐量80%的耐高温（工作温度60~140度）柔性全固态锂离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。如图2中间所示为含锂盐(LiTFSI)量80%离子固态电解质膜，呈现为多孔状结构。图3显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质膜扫描图。由图2及图3所示可见电解质膜呈现为多孔状。图4显示为含锂盐量（LiTFSI）80%的锂离子固态电解质膜弯曲、折叠和扭曲图。
如图5所示，含锂盐量80%的膜在60~140度高温下，具有高的电导率0.7~ 5.6*10-4S cm-1。利用此膜组装的锂-碳纳米管膜全电池，在60~140度高温下显示出良好的能量密度，如图6所示其在0.1 A g-1的电流密度下，其质量比容量为55~130 mAh g-1。
实施例3
本发明提供一种锂离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入4.5g双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具（如图1所示）上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锂盐量70-90%的耐高温（工作温度60~140度）柔性全固态锂离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。如图2最右侧所示为含锂盐(LiTFSI)量90%离子固态电解质膜，呈现多孔状结构。
上述实施例1-3中的双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)也可以采用双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂进行替代，同样可以得到耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜。
实施例4
本发明提供一种锌离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入1.2 g双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锌盐量70%耐高温（60~140度）固态锌离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。
实施例5
本发明提供一种锌离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入2.0 g双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锌盐量80%耐高温（60~140度）固态锌离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。含锌盐量80%的膜在60~140度高温下，具有高的电导率为0.6 ~5.3*10-4 S cm-1。利用此膜组装的锌-V2O5全电池，在60度~140度高温下显示出良好的能量密度，如图7所示，在0.1 A g-1的电流密度下，其质量比容量为108~230 mAh g-1。
实施例6
本发明提供一种锌离子电解质膜制备方法：15~20ml 三氯甲烷溶液中加入4.5 g双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）和0.5g 聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯混合搅拌12~24小时，将PTFE膜放在Ecoflex模具上方，将搅拌后的溶液倒入PTFE膜上方，室温干燥24~36小时，即可得含锌盐量90%耐高温（60~140度）固态锌离子电解质膜，具有多孔、可弯曲、可扭曲性的特征。
上述实施例4-6中的双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）也可以采用三氟甲烷磺酸锌进行替代，同样可以得到耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，其特征在于，所述电解质膜包括：聚四氟乙烯薄膜，以及附着在聚四氟乙烯薄膜上下两层的电解质材料；
其中，所述电解质材料包括：聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐，以所述电解质材料的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
2.根据权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1；
所述聚四氟乙烯薄膜的孔径为0.1μm，厚度为40~60μm；
所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
3.根据权利要求1或2所述的电解质膜，其特征在于，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种；和/或
所述电解质材料由多孔聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯及电解质盐组成，其中，以所述电解质膜的质量为100%计，所述电解质盐的质量百分含量为70%~90%。
4.一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
在溶剂中加入电解质材料，混合搅拌8~24小时得到溶液，将聚四氟乙烯薄膜放在模具上方，将搅拌后的溶液倒入所述聚四氟乙烯薄膜上方，干燥24~36小时，即可得所述耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，
其中，所述电解质材料包括：电解质盐及聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯，所述电解质盐与聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯的质量比为70~90：30~10。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模具包括Ecoflex模具，所述干燥包括室温干燥；
所述溶剂包括：三氯甲烷；
所述电解质膜在60摄氏度到140 摄氏度的电导率为0.6 *10-4 ~ 5.6*10-4 S cm-1；
所述聚四氟乙烯薄膜孔径为0.1μm，厚度为40~60μm；
所述电解质膜为一体成型结构，所述聚四氟乙烯薄膜的上下两层附着电解质材料，电解质材料由电解质盐与聚合物连接而成。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述电解质盐包括：双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂、全氟甲烷磺酰甲基锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锌（ZnTFSI）、三氟甲烷磺酸锌其中的一种或几种。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯-嵌段-聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯与溶剂的质量体积比为：0.025~0.033g/ml。
8.一种耐高温柔性多孔全固态聚合物电解质膜，其特征在于，所述电解质膜由权利要求4-7任一项所述的方法制备而成。
9.一种电解质膜在电池中的应用，其特征在于，所述电解质膜为权利要求1-2任一项所述的电解质膜。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括：正极、负极以及设置于所述正极和负极之间的电解质膜，其中，所述电解质膜为权利要求1-3、8任一项所述的电解质膜。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101809792A (zh) * | 2007-08-10 | 2010-08-18 | 日本奥亚特克斯股份有限公司 | 经补强的固体高分子电解质复合膜、固体高分子型燃料电池用膜电极装配体及固体高分子型燃料电池 |
| CN106058311A (zh) * | 2015-04-03 | 2016-10-26 | 三星电子株式会社 | 用于锂二次电池的电解质和包括所述电解质的锂二次电池 |
| CN111816915A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-23 | 天津空间电源科技有限公司 | 一种高电压聚合物电解质及其固态电池的制备方法 |
| CN114024089A (zh) * | 2020-07-16 | 2022-02-08 | 湖南农业大学 | 一种亲水改性的聚合物复合膜及其制备方法和应用 |
| CN114725503A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-07-08 | 九江天赐高新材料有限公司 | 一种锂离子电池固态电解质的制备方法 |
| CN116130748A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-05-16 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种复合固态电解质膜及其制备方法 |
-
2024
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101809792A (zh) * | 2007-08-10 | 2010-08-18 | 日本奥亚特克斯股份有限公司 | 经补强的固体高分子电解质复合膜、固体高分子型燃料电池用膜电极装配体及固体高分子型燃料电池 |
| CN106058311A (zh) * | 2015-04-03 | 2016-10-26 | 三星电子株式会社 | 用于锂二次电池的电解质和包括所述电解质的锂二次电池 |
| CN111816915A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-23 | 天津空间电源科技有限公司 | 一种高电压聚合物电解质及其固态电池的制备方法 |
| CN114024089A (zh) * | 2020-07-16 | 2022-02-08 | 湖南农业大学 | 一种亲水改性的聚合物复合膜及其制备方法和应用 |
| CN114725503A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-07-08 | 九江天赐高新材料有限公司 | 一种锂离子电池固态电解质的制备方法 |
| CN116130748A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-05-16 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种复合固态电解质膜及其制备方法 |
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