[發明專利]一種含硼碳量子點納米復合固態電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202110071308.5
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112909333B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 張錦芳;李曉峰;李瑩;劉斌;胡勝亮
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明公開了一種含硼碳量子點納米復合固態電解質及其制備方法，含硼碳量子點納米復合固態電解質由含硼碳量子點、聚氧化乙烯基體和鋰鹽復合組成。與現有的碳量子點納米復合電解質相比，含硼碳量子點的加入除了可以降低PEO基體的結晶度外，還能提供許多路易斯酸位點，這些路易斯酸位點可有效提高鋰鹽的離解度和對鋰鹽中陰離子的吸附，大幅提高PEO基體的電導率。因此，含硼碳量子點納米復合固態電解質在室溫25℃和高溫100℃下都表現出優異的電導率。與現有制備技術相比，本發明通過簡單的水熱反應制備了含硼碳量子點，并與PEO基體、鋰鹽混合均勻流延成膜即得含硼碳量子點納米復合電解質。該制備工藝簡單，原料成本低，環保綠色，有利于大規模生產。

技術領域

本發明屬于固態電解質制備技術領域，涉及一種固體電解質材料，具體涉及一種含硼碳量子點納米復合固態電解質及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有綠色環保、能量密度高、循環壽命長、支持快充、安全可靠、輕便易攜等特點，作為21世紀劃時代的充電電池，將開辟二次電池新時代。但目前傳統鋰離子電池中使用的液態電解質會帶來一系列的安全隱患，如漏液、漏電、揮發導致的電池鼓包現象、高溫下易燃易爆等。近年來，固態聚合物電解質的研發大大提高了鋰離子電池的安全性能，解決了在充放電過程中液態電解質的揮發帶來的鼓包現象，大大提升了鋰電池的循環性和使用壽命。同時，固態聚合物電池也具有高溫熱穩定性、良好的機械性能、設計靈活可折疊等優點。

聚氧化乙烯(PEO)是一種典型的聚合物電解質基體，對鋰鹽有很好的溶解性。然而其室溫下易結晶，導致電導率低，沒法得到使用。研究表明，納米粒子的加入可以降低PEO基體的結晶度，提升電導率。碳量子點作為一種粒徑在10nm以下且分散均一的納米粒子，可大幅降低PEO基體的結晶度。同時，硼原子是常見的缺電子的路易斯酸，其吸電子能力處于-CN和-NO之間，具有強的吸電子能力，含硼碳量子點，還能提供許多路易斯酸位點，這些路易斯酸位點可有效提高鋰鹽的離解度和對鋰鹽中陰離子的吸附，并降低PEO基體的結晶度，提高PEO基體的電導率。

發明內容

針對現有的PEO基固態聚合物電導率低的問題，本發明的第一個目的在于提供一種在室溫和高溫下具有良好電導率的含硼碳量子點納米復合固態電解質。

本發明的第二個目的在于提供一種步驟簡單、綠色環保的制備含硼碳量子點納米復合固態電解質的方法。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種含硼碳量子點納米復合固態電解質，包含聚氧化乙烯基體、含硼碳量子點和有機鋰鹽。其中，PEO基體中的氧乙烯連段為鋰離子的傳輸提供通道，含硼碳量子點作為一種納米粒子可大幅降低PEO基體的結晶度，且硼原子是常見的缺電子的路易斯酸，可提供大量路易斯酸位點，這些路易斯酸位點可有效提高鋰鹽的離解度和對鋰鹽中陰離子的吸附，進一步提高電解質的電導率。

進一步，所述所述聚氧化乙烯基體的分子量為100000～2000000，呈粉末態。分子量過低時，PEO基體呈粘流態不易成膜；分子量過大時，PEO基體結晶度太大，導致電導率太低。

所述含硼碳量子點的元素組成為B、C、O、H。

所述有機鋰鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙二氟磺酰亞胺鋰中的一種或兩者的混合物。有機鋰鹽的陰離子半徑大，電荷分布散，可有效降低鋰鹽晶格能增大溶解度。

一種含硼碳量子點納米復合固態電解質的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，含硼碳量子點的制備：將硼酸和對苯二胺溶于四氫呋喃溶液中，攪拌混合均勻后，放入帶有聚四氟乙烯內襯的反應釜中，進行高溫恒溫反應，反應產物冷卻至室溫后抽濾，抽濾后的溶液再使用真空旋蒸儀旋干，得到褐色粉末即為含硼碳量子點(BCQDs)；