[發明專利]一種固體電解質及其應用

在審

• 申請號: 202010260431.7
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111446497A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李斯劍;耿振;王中馳;周蘭;蘇青;廖文俊
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 郎祺

本發明公開了一種固體電解質，包括離子液體聚合物、有機框架材料和鋰鹽；所述有機框架材料為金屬有機框架或共價有機框架；所述鋰鹽為LiY。本發明的固體電解質，將有機框架材料引入離子液體聚合物?鋰鹽固體電解質體系中，使得以上復合固體電解質體系在提高離子電導率的同時保證其安全性，該固體電解質在＜80℃下離子電導率達到10^?4S·cm^?1以上，且不含液體組分，具有高安全性。本發明還公開了所述固體電解質的應用，所述電解質可用于制備電解質膜，在鋰二次電池中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及新型鋰電池固態電解質領域，尤其涉及一種固體電解質及其應用。

背景技術

隨著鋰離子電池的發展以及市場規模的擴大，其本身的安全性問題也越來越受到人們的重視。電解質作為連接電池正極和負極的橋梁，在電化學器件的使用中至關重要。目前，電池中的電解質主要分為有機電解液和固體電解質兩種。有機溶劑存在沸點低，閃點低，易燃易揮發的特點，因而將其用于鋰二次電池會極大地影響電池的安全性；且隨著對于電池的倍率和功率密度的要求不斷提高，有機電解質所帶來的安全隱患也愈發令人擔憂。因此，具有高安全性的聚合物固體電解質受到了廣泛的關注。

有機框架材料，包括金屬有機框架(MOFs)和共價有機框架(COFs)，具有高的比表面積、高孔隙率、規整開放性孔道、高的熱穩定性等優點。MOFs是一類金屬與有機配體相互作用的類分子篩多孔材料；COFs是有機構建單元通過共價鍵連接在一起，形成具有周期性結構的多孔骨架。由于有機框架材料中引入了有機配體，其能實現在二維和三維方向上的長程有序的排列，為孔內填充聚合物和鋰鹽創造得天獨厚的條件；同時，由于其可精準控制結構單元的構成，進而可以調節孔內的環境來調控主客體的相互作用，加上其開放的孔道，有利于鋰離子的傳輸，可有效的提高聚合物電解質的電導率和遷移數。

現有技術中，已有將有機框架材料作為添加劑加入聚氧化乙烯聚合物固體電解質中，利用其豐富的孔道結構為鋰離子快速傳輸提供通道，以改善聚氧化乙烯電解質離子電導率較低的問題，但以上電解質均用于高溫環境，測試溫度高于100℃，僅適用于特殊環境。另外，也有將金屬有機框架結構作為載體，通過與有機電解液混合的方式制備混合固液電解質，從而獲得兼具可接受的離子電導率和較好安全性的混合電解質，但以上電解質并不是真正意義上的固體電解質，其中仍包含低沸點、低閃點、易燃易揮發的液態組分，存在較大的安全隱患。

發明內容

本發明為解決現有有機框架-聚合物固體電解質體系應用溫度較高、存在安全隱患的問題，提出一種固體電解質及其應用，本發明的固體電解質將有機框架材料引入離子液體聚合物-鋰鹽固體電解質體系中，使得以上復合電解質體系在提高離子電導率的同時保證其安全性。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明第一方面是提供了一種固體電解質，包括離子液體聚合物、有機框架材料和鋰鹽；

所述離子液體聚合物為式(1)或式(2)的聚合物：

其中，n為1000≤n≤4000的整數；m為50≤m≤2000的整數；R₁為氫原子或C1-C10的直鏈脂肪族烷基；R₂為C1-C10的直鏈脂肪族烷基或醚基；B^-為(CF₃SO₂)₂N^-；

所述有機框架材料為金屬有機框架或共價有機框架；

所述鋰鹽為LiY。