[發明專利]一種基于金屬-有機框架材料的復合固態電解質膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110331191.X
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113224383B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 歐星;羅弼;白笑宇;張佳峰;張寶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;C08G83/00
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種基于金屬-有機框架材料復合固態電解質膜，其特征在于：所述復合固態電解質膜包含：由聚氧化乙烯（PEO）與經甲苯二異氰酸酯（TDI）修飾的金屬-有機框架材料（MOF）聚合而成的聚合物網絡；分散在所述聚合物網絡中的鋰鹽；所述聚合物網絡結構的聚合方式以結構式表示，如下所示：

其中，所述B和A，B和C之間以C-O化學鍵連接；

A代表金屬-有機框架材料，B代表甲苯二異氰酸酯的基團，C代表聚氧化乙烯的基團，其各自的結構式如下：

A:

B：

C：

。

2.根據權利要求1所述的固態電解質膜，其特征在于：所述聚合方式為：甲苯二異氰酸酯作為中間體，兩端分別連接金屬-有機框架材料和聚氧化乙烯來構成網絡結構。

3.根據權利要求1所述的固態電解質膜，其特征在于：所述聚氧化乙烯材料的分子量為100000-4000000；所述金屬-有機框架材料選自Mg-MOF-74、Co-MOF-74、Ni-MOF-74、Cu-MOF-74或Zn-MOF-74；所述甲苯二異氰酸酯選自2，4-甲苯二異氰酸酯或2，6-甲苯二異氰酸酯；所述鋰鹽選自LiTFSI，LiFSI或LiClO₄中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的固態電解質膜，其特征在于：所述固態電解質膜中，所述經甲苯二異氰酸酯修飾的金屬-有機框架材料的含量為1~10wt％，以所述固態電解質膜的總質量為基準。

5.一種權利要求1所述復合固態電解質膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟(1)：在充滿氬氣的手套箱中，將TDI與MOF材料按質量比分散在有機溶劑中，并加熱攪拌，發生聚合反應，得到甲苯二異氰酸酯修飾的金屬-有機框架材料(TDI-MOF)并洗滌干燥；

步驟(2)：在充滿氬氣的手套箱中，將步驟(1)所得的TDI-MOF材料與鋰鹽溶于無水乙腈，并超聲分散，得到第一漿料；

步驟(3)：在充滿氬氣的手套箱中，將步驟(2)所得的第一漿料中加入聚氧化乙烯，并加熱攪拌，使TDI-MOF材料與PEO發生聚合反應，得到第二漿料;

步驟(4)：在充滿氬氣的手套箱中，將步驟(3)所得的第二漿料澆筑到聚四氟乙烯模板上，烘干，得到處理后的PEO-TDI-MOF復合固態電解質膜。

6.根據權利要求5所述制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中溶劑為無水乙腈、甲苯、乙醚、丙酮、四氯化碳中的一種；其中，TDI與MOF的質量比為（2~8）：1；MOF為溶劑質量的5%～15%；攪拌溫度為50～110℃；時間為6～12h。

7.根據權利要求5所述制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中攪拌溫度為40～80℃；攪拌時間為6～12h；烘干溫度為40～60℃；烘干時間為8～12h。

8.一種權利要求1所述的復合固態電解質膜的應用，其特征在于：權利要求1所述的復合固態電解質膜應用于高性能固態電池體系以及柔性電子儲能器件中。