[發明專利]一種具有鋰離子傳導的介孔納米粒子凝膠復合電解質及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010095715.5
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111224154B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 林原;張思東;解東梅;方艷艷;周曉文
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了一種具有鋰離子傳導的介孔納米粒子凝膠復合電解質及其制備方法與應用。它由包括表面修飾介孔納米粒子、聚合物、離子液體和鋰鹽制成；表面修飾介孔納米粒子為介孔納米粒子使用硅烷偶聯劑進行表面修飾得到。其制備方法如下：將聚合物、鋰鹽、表面修飾介孔納米粒子與有機溶劑混合后，澆注到模具上流延成膜，真空干燥，得到復合電解質膜；然后在鋰鹽的離子液體溶液中浸泡，即得。本發明電解質離子電導率和力學強度高；制備方法簡單，具有電化學窗口寬的優點，能與現有商業化的正極材料相匹配，從而能使用凝膠復合電解質制備出性能優異的鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及一種具有鋰離子傳導的介孔納米粒子凝膠復合電解質及其制備方法與應用，屬于凝膠復合電解質領域。

背景技術

鋰離子電池具有容量大、工作電壓高、污染小和安全性能高等優點，是一種綠色、環保的二次能源電池。凝膠復合電解質準固態鋰離子電池有非常好的應用前景，得到了來自各方面的關注，凝膠復合電解質也成為鋰離子電池研究領域的熱點之一。凝膠復合電解質具有高離子電導率、柔性、與電極界面接觸好等優點。與復合聚合物電解質相比凝膠復合電解質有更高的離子電導率、更好的熱穩定性，與無機固態電解質相比凝膠復合電解質具有制備簡單、柔性的特點。目前廣泛研究的PEO基聚合物電解質有離子電導率低、分解電壓低的局限性，通過添加無機填料制備的復合電解質可以提高離子電導率和機械性能，復合電解質離子電導率在10^-5～10^-4之間與傳統液態鋰離子電池離子電導率10^-3～10^-2相比仍有較大的差距，無法滿足大規模應用的需要，因此制備了一種離子電導率可以與液態鋰離子電池相媲美、柔性的凝膠復合電解質。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有鋰離子傳導的介孔納米粒子凝膠復合電解質及其制備方法與應用，本發明提高了電解質力學性能和離子電導率，使制備的凝膠復合電解質具有室溫電導率高、機械強度高、電化學窗口寬的特點。

本發明提供的一種具有鋰離子傳導的介孔納米粒子凝膠復合電解質，包括表面修飾介孔納米粒子、聚合物、離子液體和鋰鹽制成；

所述表面修飾介孔納米粒子為介孔納米粒子使用硅烷偶聯劑進行表面修飾得到。

上述的凝膠復合電解質中，所述表面修飾介孔納米粒子、所述離子液體和所述鋰鹽與所述聚合物的質量比可為0.5～6:0.5～0.8:2～6:10。

上述的凝膠復合電解質中，所述介孔納米粒子為硅基介孔材料；具體可為介孔氧化硅，更具體可為MCM41、SBA15；

所述硅烷偶聯劑選自巰丙基三甲氧基硅烷和/或巰丙基三乙氧基硅烷。

上述的凝膠復合電解質中，制備所述表面修飾介孔納米粒子的方法包括如下步驟：將所述介孔納米粒子與甲苯混合，在惰性氣氛中加入所述硅烷偶聯劑，進行保溫攪拌反應，得到巰基化的介孔氧化硅；在所述惰性氣氛中將所述巰基化的介孔氧化硅與過氧化氫溶液混合反應，得到濕料；將所述濕料加入硝酸鋰的水溶液中攪拌反應，即得到所述表面修飾介孔納米粒子。

上述的凝膠復合電解質中，所述介孔納米粒子與所述硅烷偶聯劑的質量比具體可為1:1.5～4，更具體可為1:2或1:1.5～3；

所述保溫攪拌反應的溫度具體可為30～50℃，更具體可為40℃或35～45℃，時間具體可為12～24h，更具體可為12h、12～17h或12～20h；

所述過氧化氫溶液的質量百分含量具體可為10％～30％，更具體可為30％或20％～30％；與所述過氧化氫溶液反應的時間具體可為6～10h，更具體可為10h或8～10h；

所述硝酸鋰的水溶液的濃度具體可為1～2mol/L，更具體可為1mol/L或1～1.5mol/L；

加入所述硝酸鋰的水溶液后的反應時間具體可為6～10h，更具體可為6h或6～8h；