[發明專利]交聯有機納米材料改性全固態聚合物電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202010793333.X
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111934007B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 任世杰;陳云妮;李青音;肖琴
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;C08G81/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及到交聯有機納米材料改性全固態聚合物電解質及其制備方法。本發明提供一種全固態聚合物電解質，所述全固態聚合物電解質的組成包括：具有鋰離子傳輸性能的聚合物、鋰鹽和有機填料，所述有機填料為兩嵌段共聚物通過傅?克反應進行無模板自組裝得到的交聯有機納米材料。所得聚合物電解質具有較高的離子電導率及其它優異的電化學性能，相比于一般全固態聚合物電解質而言，在高達200℃的條件下仍具有很好的尺寸穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及到交聯有機納米材料改性全固態聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

商業化鋰離子電池一般具有四個關鍵性的組成部分：正極材料、負極材料、電解液以及隔膜。其中正負極材料在很大程度上決定了電池的容量、使用電壓范圍以及充放電速率，但是在長程的循環穩定性和安全性等方面，電池的性能與其隔膜和電解液體系有著密不可分的關系。隔膜的熱收縮、電解液的泄露等問題都會在電池遭受熱濫用或機械濫用時引發巨大的安全隱患，如燃燒、爆炸等。針對這些問題，商業化市場選擇在此前常用的具有微米級孔徑的聚烯烴類隔膜表面涂覆一層具有機械增強以及耐高溫性能的陶瓷材料或采用多層復合膜等方法進行改性。這些方法的確在一定程度上降低了鋰離子電池的熱風險，但是無法從根本上解決問題，易燃易爆的碳酸酯類有機電解液仍然對鋰電池的安全使用造成威脅。聚合物電解質的出現在很大程度上解決了鋰離子電池漏液的問題，提高了鋰離子電池的安全性能。

目前，全固態聚合物電解質(All-solid state polymer electrolytes,簡稱SPEs)由于其質輕、良好的機械穩定性和加工性以及不含任何液體等本征優勢正被廣泛研究。有使用可能性的全固態鋰離子電池需要滿足三個基本條件：①使用溫度下離子電導率大于10^-4S·cm^-1；②全固態電解質與電極之間的界面阻抗小且界面穩定性好；③全固態電解質應該具有一定的機械強度和柔性，以抑制鋰枝晶的生長和緩沖放電過程電極材料的體積變化。現階段能基本滿足以上要求的研究主要集中于以不同形貌的陶瓷材料為添加劑的聚合物基復合固態電解質，其柔性、靈活性還需要進一步的提升，質量相對有機添加劑有一定差距。因此，制備具有優異的離子傳輸能力、高熱穩定性、與聚合物基體以及正負極材料具有良好相容性的有機填料并用于全固態電解質具有廣闊的發展前景。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供了一種交聯有機納米材料改性全固態聚合物電解質，所得聚合物電解質具有較高的離子電導率及其它優異的電化學性能。

本發明的技術方案：

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種全固態聚合物電解質，其組成包括：具有鋰離子傳輸性能的聚合物、鋰鹽和有機填料，所述有機填料為兩嵌段共聚物通過傅-克反應進行無模板自組裝得到的交聯有機納米材料。

進一步，所述兩嵌段共聚物的第一組份為聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPOX)、聚苯醚(PPO)或聚(聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯)(P(PEGMA))中的一種；第二組份為聚苯乙烯或不含強吸電子基團的苯乙烯衍生單體的聚合物。

進一步，所述全固態聚合物電解質中，具有鋰離子傳輸性能的聚合物與鋰鹽的摩爾比滿足：M:Li＝10～20，有機填料在電解質中的質量分數為5～30％；其中M為具有鋰離子傳輸性能的聚合物中與鋰鹽發生作用(即起到實際作用的)的結構單元(如PEO中的EO)。

進一步，所述兩嵌段共聚物通過傅-克反應進行無模板自組裝得到的交聯有機納米材料的方法為：在無水無氧條件下，以兩嵌段共聚物(如PEO-PS)為原料，在催化劑、交聯劑和溶劑的作用下，通過傅-克烷基化反應得到有機交聯納米填料；其中，交聯劑占交聯劑與溶劑總體積的體積分數為：0％～90％。

優選的，交聯劑占交聯劑與溶劑總體積的體積分數為50％～90％。

進一步，所述交聯劑選自：二甲氧基甲烷或乙二醇二甲醚。