[發明專利]一種通過氣相滲透法改性的固態電解質聚合物的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110451326.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113193227A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 謝琎;包文達
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種通過氣相滲透法改性的固態電解質聚合物的制備方法及其應用。本發明的制備方法為：將固態電解質聚合物置于沉積設備的反應腔中的樣品桶內，在攪拌下進行預熱，然后交替通入氣相化學前驅體源和惰性氣體進行氣相滲透循環，使聚合物內部生長出均勻的納米填料，從而得到改性的固態電解質聚合物。本發明將填料以氣相滲透法直接生長在聚合物的內部，相比于物理混合，填料的尺寸更小，和聚合物之間具有較強的化學相互作用，增加了填料分散的均勻性，可以更好地提高電解質的離子導電性和鋰離子遷移數；此外，小粒徑和均勻分散的填料可以存在于固態電解質膜的表面，通過和鋰金屬形成合金降低對鋰的界面電阻。

技術領域

本發明涉及了一種通過氣相滲透法改性的固態電解質聚合物的制備方法及其應用，屬于能源材料技術領域。

背景技術

聚合物固態電解質由于具有高柔韌性，低成本和易于集成的優點而成為最有前景的固態電解質之一。然而，低的離子導電性，較低的鋰離子遷移數，較小的電化學窗口和較大的界面電阻限制了它們的實際應用。

將無機填料摻入聚合物基體中以制備復合聚合物固態電解質可以減低聚合物的結晶度，提高離子導電性。此外，填料還可以吸附陰離子，提高鋰離子遷移數并增加機械強度。然而，制備復合聚合物固態電解質最常用的方法是將填料與電解質進行物理混合，以這種方式摻入的填料和聚合物之間相互作用力弱，會發生團聚以降低其表面性能，導致分散均勻性差，從而限制了離子導電性和鋰離子遷移數的提高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：聚合物固態電解質具有低的離子導電性，較低的鋰離子遷移數，較小的電化學窗口和較大的界面電阻等問題限制了它們的實際應用。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種通過氣相滲透法改性的固態電解質聚合物的制備方法，其特征在于，將固態電解質聚合物置于沉積設備的反應腔中的樣品桶內，在攪拌下進行預熱，然后交替通入氣相化學前驅體源和惰性氣體進行氣相滲透循環，使聚合物內部生長出均勻的納米填料，從而得到改性的固態電解質聚合物。

優選地，所述的化學前驅體源包括金屬烷基化合物和去離子水，所述的納米填料為金屬氧化物。

優選地，所述的氣相滲透循環為交替通入金屬烷基化合物、惰性氣體、去離子水和惰性氣體；每次氣相滲透循環通入的金屬烷基化合物和去離子水的摩爾比為0.25～2:1，每次氣相滲透循環金屬烷基化合物的通入量按照金屬烷基化合物中的金屬元素與固態電解質聚合物的質量比為0.5～2％的比例通入。

優選地，所述的氣相滲透循環的次數為5～20次。

優選地，所述的改性的固態電解質聚合物中的納米填料的質量分數為1～20％。

優選地，所述的固態電解質聚合物為聚環氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸酯中的至少一種。

優選地，所述的金屬烷基化合物為二乙基鋅和三甲基鋁中的至少一種。

本發明還提供了所述的通過氣相滲透法改性的固態電解質聚合物的制備方法制備的固態電解質聚合物在電池中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1.本發明將填料以氣相滲透法直接生長在聚合物的內部，相比于物理混合，填料的尺寸更小，和聚合物之間具有較強的化學相互作用，增加了填料分散的均勻性，可以更好地提高電解質的離子導電性和鋰離子遷移數；此外，小粒徑和均勻分散的填料可以存在于固態電解質膜的表面，通過和鋰金屬形成合金降低對鋰的界面電阻；同時改性后的聚合物固態電解質的電化學穩定性也得到一定提升；

2.本發明的氣相滲透法生長填料的難度低，可以生長一種或多種填料，適合商業化大規模生產。

附圖說明

圖1為實施例1、對比例1和對比例2的電池在50℃時的循環性能對比圖；