[發明專利]有機-無機-離子液體復合固體電解質、其制法及應用

有效

• 申請號: 201811463497.5
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN111253521B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 許晶晶;張鳳蕊;吳曉東;盧威
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08F230/02
• 分類號: C08F230/02;C08F220/14;C08F230/08;H01M10/0565;H01G11/56
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種有機?無機?離子液體復合固體電解質、其制法及應用。所述制備方法包括：提供包含聚合物單體、無機納米顆粒、鋰鹽、離子液體和引發劑的均勻混合反應體系，其中，所述聚合物單體、無機納米顆粒、離子液體均具有反應型乙烯基官能團；對該混合反應體系進行光照或加熱，使聚合物單體、無機納米顆粒和離子液體進行原位聚合反應，獲得有機?無機?離子液體復合固體電解質。本發明的有機?無機?離子液體復合固體電解質中無機納米顆粒和離子液體以化學鍵的方式均勻地分散在聚合物骨架中，該固體電解質具有低界面阻抗、高離子導電率、良好機械性能和較低的電極/電解質膜界面阻抗，可很好地抑制鋰枝晶的生長、有效提高電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種復合固體電解質，具體涉及一種原位聚合法制備有機-無機-離子液體復合固體電解質的方法及其應用，屬于電解質材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池電解質是影響鋰離子電池性能的重要因素之一。液體電解質雖然離子電導率高，但是液體電解質中存在的有毒和易燃的有機溶劑容易泄漏，且受高低溫等極端條件的限制，嚴重影響了電池的安全性能。相較于液體電解質而言，聚合物電解質由于其質輕、不易流動、安全無漏液、能夠增加電池的體積比容量，以及易加工等優點，已成為固體電解質和固態電池的研究重點之一。但是聚合物電解質存在離子電導率較低、電解質/電極界面阻抗較大導致在室溫固態鋰金屬電池中不能工作，力學性能較差、不能有效地抑制鋰枝晶等問題，限制了其在固體鋰金屬電池上的應用與發展。因此人們致力于制備出具有高的室溫離子電導率、低的界面阻抗和好的力學性能的綜合性能優良的聚合物電解質，這也是室溫工作的聚合物電解質應該滿足的基本要求。

提高聚合物固體電解質的室溫離子電導率、降低電解質/電極界面阻抗的最簡單有效的方法是添加有機溶劑作為增塑劑，但是有機溶劑易燃、易揮發的特點大大降低了聚合物固體電解質的安全性能。

而提高聚合物固體電解質力學性能的方法主要是在聚合物電解質中添加某些具有高的楊氏模量的無機納米顆粒。無機顆粒的引入破壞了聚合物體系分子鏈段的有序性，可以增加鏈段運動能力，降低聚合物主體的結晶能力，使得非晶區域含量上升，離子電導率上升。常用的無機粒子有SiO₂、TiO₂、MgO、ZnO、ZrO、Al₂O₃、Li₃N、LiAlO₂、BaTiO₃等，但是無機顆粒易出現團聚，在聚合物電解質中分散不均勻。

綜上，現有的聚合物電解質具有以下幾處缺點：

(1)聚合物電解質的離子電導率低；

(2)聚合物電解質膜的機械性能差；

(3)聚合物電解質膜與電極間的界面阻抗大；

(4)鋰枝晶的出現刺穿電解質膜造成短路；

(5)無機顆粒在電解質膜中分散不均勻；

(6)增塑劑含易燃成分，不安全。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種有機-無機-離子液體復合固體電解質、其制備方法與應用，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種有機-無機-離子液體復合固體電解質的制備方法，其包括：

提供包含聚合物單體、無機納米顆粒、鋰鹽、離子液體和引發劑的均勻混合反應體系，其中，所述聚合物單體、無機納米顆粒、離子液體均具有反應型乙烯基官能團；

對所述均勻混合反應體系進行光照或加熱，使所述均勻混合反應體系中的聚合物單體、無機納米顆粒和離子液體進行原位聚合反應，獲得有機-無機-離子液體復合固體電解質。

在一些較佳實施方案中，所述制備方法具體包括：