[發明專利]無機復合納米粒子、其制備方法及在全固態鋰離子電池的用途

有效

• 申請號: 201611248449.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106711502B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 譚強強;徐宇興
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發明提供一種無機復合納米粒子、其制備方法及在全固態聚合物電池的用途，本發明的無機復合納米粒子包括表面改性的碳納米管/凹土棒以及表面改性的氧化石墨烯的混合物，所述碳納米管/凹土棒為原位負載了碳納米管的凹土棒。采用該無機復合納米粒子、聚合物基體和堿金屬鹽的全固態聚合物電解質不僅具有優良的機械強度、柔韌性、機械穩定性、化學穩定性和熱穩定性，還具有較高的離子電導率(在1.206×10^?5?4.261×10^?4S/cm)，可以與電極實現良好的接觸，界面電阻小。本發明的無機復合納米粒子及全固態聚合物電解質的制備方法簡單，易于工業化推廣應用。

技術領域

本發明屬于聚合物電解質技術領域，涉及一種無機復合納米粒子、其制備方法及在全固態鋰離子電池的用途，尤其涉及一種無機復合納米粒子、其制備方法及包含該無機復合納米粒子的全固態聚合物電解質和全固態鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因具有能量密度高、使用壽命長、輸出功率大、自放電小、無記憶效應、可快速充放電和對環境友好等諸多優點，在手機、筆記本電腦等便攜式電子設備、電動工具、電動自行車等中小型電池領域應用廣泛，已經成為21世紀能源經濟中一個不可或缺的組成部分。但是，由于鋰離子電池使用易揮發易燃易爆的有機電解液容易引起安全問題，從而限制了其在新能源汽車、儲能等大型電池領域的應用。因此，開發全固態鋰離子電池，采用固體電解質代替易揮發、易燃、易爆的有機電解液是解決電池安全問題的有效途徑。

眾所周知，高性能固體電解質的開發是推動全固態鋰離子電池規模化應用的先決條件。目前，應用前景較好的固體電解質主要有聚氧化乙烯(PEO)及其衍生物體系的聚合物電解質、鋰磷氧氮LiPON薄膜電解質以及玻璃態硫化物體系的無機電解質三類。其中，聚合物電解質的研究始于1973年，Wright等(Fenton D.E.,Parker J.M.,Wright P.V.Polymer,1973,14,589.)首次發現聚氧乙烯與堿金屬鹽的配合物具有離子導電性。兩年后Feuillade和Perche(Feuillade G.Perche,P.J.Appl.Electrochem.1975,5,63.)發現聚丙烯腈(PAN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等聚合物的堿金屬鹽配合物也可以實現離子的遷移。1979年Armand等(Armand M.B.,Chavagno J.B.,Dulot M.J.Fast Ion Transport in Solids-electrode and Electrolytes Conference,North Holland Publishers Co.,New York,1979,pp.131～134.)正式提出將這種聚合物與鋰鹽的配合物用作鋰離子電池固體電解質。以聚合物電解質代替液體電解質鋰電池有許多優點，主要表現在高能量密度、長循環壽命、高可靠性和易加工性，形狀可塑性強，無電解液，不會產生漏液現象，使用安全。但是在實際應用中，純PEO等聚合物電解質的電導率較低，而且其機械性能和熱穩定性能都需要進一步提高。為了得到高電導率的固態聚合物電解質，在聚合物中加入固體無機填料制備成復合電解質是行之有效的解決方法，此體系的電導率一般在10^-6-10^-5S/cm。加無機填料加入到聚合物電解質中主要起到兩方面的作用，一方面，打亂基體中聚合物鏈的秩序，降低結晶度；另一方面，填料表面與聚合物鏈以及鋰離子之間的相互作用，促使其表面形成多個快速鋰離子通道，從而提高導電率(劉晉,徐俊毅,林月,等.全固態鋰離子電池的研究及產業化前景.化學學報,2013,71,869-878.)。總之，無機填料的加入不僅其電導率可以得到明顯提升，而且機械性能也會得到明顯改善，電解質與電極之間的界面穩定性增強，鋰離子的遷移數增大，有望成為高性能鋰離子電池中的新型電解質材料。但是，無機填料，尤其是無機納米填料在聚合物基體中存在易發生團聚、分散不均勻等問題，限制了復合聚合物電解質性能的進一步提高。

發明內容