[發明專利]一種金屬有機框架復合有機固態電解質及制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910533110.7
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110224174B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 王朝陽;敖小虎;雷志文;葉慶勤;葉維;鄧永紅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;隆翔鷹

本發明公開了一種金屬有機框架復合有機固態電解質及其制備方法與應用，包括以下步驟：（1）將光引發劑和鋰鹽加入到單體中，攪拌，得到透明澄清的液體；（2）將金屬有機框架加入到步驟（1）的透明澄清的液體中，攪拌混合，得混合漿料；（3）將步驟（2）中的混合漿料涂覆在極片上，在紫外燈下光照，使單體發生自由基聚合反應，得到復合有機固態電解質。本發明用金屬有機框架復合梳形聚合物，結合梳形聚合物支化結構的快速傳輸離子的特性與金屬有機框架的納米孔吸附效應，提高了固態電解質的離子電導率。使用本發明中的復合有機固態電解質的電池的離子電導率高達9.9×10^?5 S cm^?1。

技術領域

本發明涉及全固態鋰離子電池技術領域，具體為一種金屬有機框架復合有機聚合物固態電解質及其制備方法與應用。

背景技術

隨著人類社會的飛速發展，一系列全球性的資源生態問題日益凸顯，比如傳統化石能源危機、環境污染、氣候變暖等。在面對當前嚴峻的形勢下，發展綠色高效的新能源可有效緩解人類社會發展與環境資源的矛盾

。鋰離子電池由于具有環境友好、質輕體積小、能量密度高、循環壽命長等優勢，逐漸成為新能源領域的焦點。

目前，商業化的鋰離子電池普遍使用液態電解質或凝膠電解質。由于這兩類電解質含有機溶劑，存在一些潛在的問題。一方面，有機溶劑在電池充放電過程中會參與反應，在電極表面反復形成固態電解質界面層，造成電池循環時容量的衰減。另一方面，電池在循環充放電中會形成鋰枝晶，導致電池短路發熱，而且有機溶劑可能泄露燃燒，可能引發起火甚至爆炸等危險，存在安全隱患。相對于液態電解質和凝膠電解質，固態電解質可以賦予鋰離子電池較高的安全性能和循環穩定性。

固態電解質分為有機與無機兩大類。無機固態電解質存在界面阻抗大、成本較高等問題。而有機固態電解質具有柔性、易加工、界面阻抗小、成本較低等優勢，具有較大的商業化應用潛質。但是，室溫下過低的離子電導率與較低的電化學窗口限制了有機固態電解質的應用，例如聚環氧乙烷基固態電解質在室溫的離子電導率約為10^-7S cm^-1，電化學窗口只有3.9V左右。研究表明，支化結構有利于離子傳輸，而且用納米填料復合聚合物可以提高有機固態電解質的離子電導率，比如在聚氧化乙烯中加入納米二氧化硅、分子篩等，提高了聚氧化乙烯的離子電導率。

發明內容

本發明的目的在于解決目前有機固態電解質離子電導率較低的問題，提供了一種金屬有機框架復合有機固態電解質及制備方法與應用。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明提供了一種金屬有機框架復合有機固態電解質的制備方法，包括以下步驟：在惰性氣體氣氛中，

(1)將光引發劑和鋰鹽加入到單體中，避光攪拌，得到透明澄清的液體；

(2)將金屬有機框架加入到步驟(1)的透明澄清的液體中，攪拌混合，得混合漿料；

(3)將步驟(2)中的混合漿料涂覆在極片上，在紫外燈下光照，使單體發生自由基聚合反應，得到復合有機固態電解質。

優選地，步驟(1)中光引發劑為安息香雙甲醚或光引發劑1173；

鋰鹽為六氟磷酸鋰或雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰；

單體為甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯。

優選地，步驟(1)中攪拌的時間為3～4h。

優選地，步驟(2)中金屬有機框架為2-甲基咪唑鋅鹽ZIF-8；

優選地，步驟(2)中所述攪拌的時間為5～6h。

優選地，步驟(3)中所述極片為不銹鋼片；紫外燈的功率為80～120W，光照時間為1～1.5h。