[發(fā)明專利]一種有機-無機雜化聚合物固體電解質材料及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310375685.3
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103474696A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 劉晉;李劼;朱凱;林月;劉業(yè)翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發(fā)明涉及一種有機-無機雜化聚合物固體電解質材料及其應用，屬于鋰離子電池材料領域。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、體積小、無記憶效應等優(yōu)點，成為最具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗弧Ｄ壳耙呀洃糜谲娛聡馈㈦妱悠嚒⒈銛y式數(shù)碼設備等多個領域，同時對其性能的要求也越來越高。目前，國內外商品化鋰離子電池大多數(shù)使用有機液態(tài)電解質，由于電解質是液態(tài)，易發(fā)生起火，燃燒的事故，故其使用溫度一般限制在60℃以下。在某些極限環(huán)境和特殊領域，如在石油勘探，井下作業(yè)，醫(yī)療行業(yè)等，只能使用一次電池，電池的頻繁更換對作業(yè)過程造成很大的干擾。固體電解質克服了液態(tài)電解質的安全性問題，同時具有較高的熱穩(wěn)定能和電化學穩(wěn)定性，具有在高溫等特殊環(huán)境下工作的潛力。但目前研究的固態(tài)電解質材料都達不到高溫、高倍率條件下穩(wěn)定的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中鋰離子電池存在高溫（大于60℃）、高倍率條件下循環(huán)穩(wěn)定性不好，安全性能差的問題，目的是在于提供一種用于制備在高溫、高倍率條件下具有高充放電比容量和穩(wěn)定電化學循環(huán)性能的電池的有機-無機雜化聚合物固體電解質材料。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種所述的固體電解質材料的應用，所述固體電解質材料制備的全固態(tài)鋰離子電池，在高溫、高倍率條件下具有較高的穩(wěn)定的充放電比容量，且循環(huán)性能好。

本發(fā)明提供了一種有機-無機雜化聚合物固體電解質材料，該固體電解質材料由以下質量份組分組成：

導鋰聚合物20～70份，

金屬-有機框架5～50份，

鋰鹽10～60份；

所述的金屬-有機框架為MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-22、ZIF-69、ZIF-90、NAFS-1、MIL-47、CAU-1、MIL-101(Cr)、CPO-27-Mg,CPO-27-Mn,CPO-27-Co,CPO-27-Ni,CPO-27-Zn、Mn(HCOO)₂、Co(HCOO)₂、Ni(HCOO)₂中的一種。

優(yōu)選的金屬-有機框架為MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、MIL-47、CPO-27-Mg、CPO-27-Mn、CPO-27-Co、CPO-27-Ni、CPO-27-Zn、MIL-101(Cr)、Mn(HCOO)₂、Co(HCOO)₂、Ni(HCOO)₂中的一種。

所述金屬-有機框架的參考以下文獻制備得到：

MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)：T.Loiseau,C.Serre,C.Huguenard,G.Fink,F.Taulelle,M.Henry,T.Bataille,and?G..Chem.Eur.J.2004,10,1373±1382.

MOF-5：Li.H.lian,M.Eddaoudi,T.L.Groy,and?O.M.Yaghi.J.Am.Chem.Soc.,Vol.120,No.33,1998.

CPO-27-M(M=Mg,Mn,Co,Ni,Zn)：P.D.C.Dietzel,Y.Morita,R.Blom?and?H.Angew.Chem.Int.Ed.,2005,44,6358.

HKUST-1：S.S.Y.Chui;Lo,S.M.F.;J.P.H.Charmant;A.G.Orpen;I.D.Williams,Science1999,283,1148-1150.

ZIF-(1～10)：X.C.Huang;Y.Y.Lin;J.P.Zhang;X.M.Chen,Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,1557–1559.和K.S.Park;Ni.Z;A.P.Cote;J.Y.Choi;R.Huang;F.J.Romo;H.K.Chae;O’Keefe,M.;O.M.Yaghi?Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2006,103,10186.