[發(fā)明專利]一種阻燃的聚合物電解質(zhì)隔膜及其制備方法和應用

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• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114566700A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱孟琪;章錦丹
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;A62C3/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種阻燃的聚合物電解質(zhì)隔膜，包括：聚合物基體，及在聚合物中分布均勻的添加物和鋰鹽。所述添加物為負載金屬?有機框架材料的二維納米片，其具有多孔的金屬?有機框架材料呈單層緊密排列分布在二維材料表面的微觀特點。本發(fā)明選擇負載金屬?有機框架材料的二維納米片作為添加物，達到對兩種品類納米材料的重塑和性質(zhì)的兼容，可以實現(xiàn)其在聚合物電解質(zhì)中的均勻分布以及與鋰鹽、聚合物材料間良好的物理化學作用，有效提高聚合物電解質(zhì)的鋰離子電導率和物理性能，所得鋰電池具有長的循環(huán)穩(wěn)定性和高的理論比容量；同時所述工藝具有操作簡便，工藝簡單的特點，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種阻燃的聚合物電解質(zhì)隔膜及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

鋰電池包括鋰離子電池和鋰金屬電池等是極具發(fā)展前景同時已經(jīng)開始應用的二次電池類型，具有比容量高，操作性強等優(yōu)點。然而電池在大電流快充和工作過程中容易出現(xiàn)發(fā)熱，同時電池長期使用中還會形成鋰枝晶存在刺穿隔膜導致短路的危險。因此使用中，在電池內(nèi)部熱量累計到一定程度時，或者電池受到外力撞擊破損等情況導致電極材料與空氣反應發(fā)熱時，由于液態(tài)電解液和常用商業(yè)pp隔膜的高度易燃性， 鋰電池很容易存在熱失控導致的起火甚至爆炸等風險,造成嚴重的后果，這種電池起火爆炸的現(xiàn)象已經(jīng)多有報道，極大制約了鋰電池在容量、快充等方面的進一步發(fā)展和應用，。因此為了避免液態(tài)電解液和隔膜高度易燃風險，聚合物電解質(zhì)隔膜以其與電極較好的接觸、易加工性、具有一定的鋰離子電導率等受到了廣泛的關(guān)注和研究。然而聚合物電解質(zhì)隔膜仍然受到鋰離子電導率偏低、熱穩(wěn)定性和阻燃性能較差等問題的困擾，因此，提高聚合物電解質(zhì)隔膜電化學性能、熱穩(wěn)定性和阻燃性能就成了影響鋰電池進一步發(fā)展和應用的關(guān)鍵因素。

然而現(xiàn)在常用的聚合物電解質(zhì)由于高分子聚合物的導鋰離子能力限制，隔膜的鋰離子電導率都較差，且熱穩(wěn)定和阻燃性能較差。目前研究中常用在聚合物材料中混合單一品類或多品類納米材料添加物來提高聚合物電解質(zhì)的鋰離子電導率，同種納米材料存在明顯的團聚作用，使得添加的納米材料很難在聚合物中分散均勻，如果是同時添加多種不同性質(zhì)的納米材料更容易導致材料間的不兼容，難以發(fā)揮各自作用。因此，團聚的納米材料不僅導致其與聚合物基體的接觸不完全，同時容易在聚合物電解質(zhì)中產(chǎn)生空腔，進而導致與聚合物間的物理作用和化學鍵合作用有限，影響聚合物電解質(zhì)的鋰離子電導率和機械性能。對電解質(zhì)隔膜的熱穩(wěn)定和阻燃性能也難以作用。因此，發(fā)展一種普適的方法制備具有均勻分布納米材料添加物的高性能聚合物電解質(zhì)隔膜對鋰電池的發(fā)展和應用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對本領(lǐng)域存在的不足之處，本發(fā)明提出了一種阻燃的聚合物電解質(zhì)隔膜及其制備方法和應用。本發(fā)明選擇負載金屬-有機框架材料的二維納米片作為添加物，達到對兩種品類納米材料的重塑和性質(zhì)的兼容，可以實現(xiàn)其在聚合物電解質(zhì)中的均勻分布以及與鋰鹽、聚合物材料間良好的物理化學作用，有效提高聚合物電解質(zhì)的鋰離子電導率和物理性能，所得鋰電池具有長的循環(huán)穩(wěn)定性和高的理論比容量；同時所述工藝具有操作簡便，工藝簡單的特點，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種阻燃的聚合物電解質(zhì)隔膜，包括：聚合物基體，及在聚合物中分布均勻的添加物和鋰鹽。所述添加物為負載金屬-有機框架材料的二維納米片，其具有多孔的金屬-有機框架材料呈單層緊密排列分布在二維材料表面的微觀特點。

所述聚合物基體和添加物的質(zhì)量比在99:1~90:10之間。

所述聚合物電解質(zhì)隔膜的厚度在50~300微米之間。