[发明专利]一种具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料，它为两亲性聚合物自组装形成的球形胶束融合、交联所形成的膜，其制备方法为：选择一种共溶剂，配置一定浓度聚环辛烯接枝聚乙二醇(PCOE‑g‑MPEG)梳状共聚物溶液；选择一种选择性溶剂，搅拌下缓慢滴加入上述梳状共聚物溶液；将所得混合溶液进行透析；取一定量锂盐加入上述透析后的胶束溶液，挥发溶剂浓缩得到絮状堆积胶束；烘箱热处理得到固态聚合物电解质膜。本发明所得的固态聚合物电解质膜能在MPEG含量较低时形成连续离子转移通道，维持较高电导率及良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料及其制备方法，属于锂离子固态聚合物电解质膜材料制备领域。

背景技术

锂离子电池因其能量密度大，充放电快等优点，被大量应用于各种消费类电子产品，其所使用的电解质主要是含锂盐的电解液，存在易泄露、易燃易爆等突出安全隐患。因而，具有优良安全稳定性能的固态聚合物电解质应运而生，并且开始受到广泛的关注和研究。

在众多的固态聚合物电解质中，基于聚乙二醇(PEO)、聚乙二醇单甲醚(MPEG)基的聚合物电解质因为拥有相对较高的电化学稳定性及离子电导率而被认为是最具有实际应用潜力的体系。起初，人们采用简单的旋涂或者浇筑成膜的方法将这些共聚物制备成膜，结果表明由于离子传导区域的连续性差使得膜的离子电导率较低。例如Kosonen,H.等(Macromolecules，2002,35，27)利用PS嵌段P4VP(与低分子量PEO共价连接)聚合物溶液直接干燥制备所得聚合物电解质膜在室温时的电导率仅为10^-7-10^-6S/cm。近期研究表明，对上述聚合物膜进行热退火、溶剂退火等处理可以诱导膜内形成有序的两相连续结构，而这种连续通道的形成能保证电解质膜在提高机械强度的同时维持良好的的离子电导率。例如Schulze，M.W.等(Nano letters,2014,14,1)报道了基于一锅聚合法诱导相分离形成两相连续聚合物电解质膜的方法，其得到的离子电导率在80℃时超过10^-3s/cm。Villaluenga,I.等(Macromolecules,2015,48,2)表明通过外加功能化纳米粒子实现聚合物电解质膜结构从层状到两相连续状的相结构转变后大大提高了其离子电导率。但是，从这些例证，我们也可以看出这种通过退火形成连续通道的方法仅适用于高PEO/MPEG分子量或含量的聚合物体系，并且由于其中PEO/MPEG的低温结晶性限定了其使用条件是高温环境。因此，如何使低PEO/MPEG分子量或含量的体系形成连续离子传导通道，如何实现固态聚合物电解质的低温使用价值是今后的研究热点及难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料及其制备方法，具有连续离子转移MPEG通道，实现了室温高电导率及良好的力学性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料，它为两亲性聚合物自组装形成的胶束融合、交联所形成的膜；其中胶束形貌为球形或椭球形，尺寸范围约50nm-500nm

按上述方案，所述两亲性聚合物为聚环辛烯接枝聚乙二醇单甲醚(PCOE-g-MPEG)梳状共聚物，其结构式如式1所示，其中n的取值范围约在5～25之间，其中聚乙二醇单甲醚的相对分子质量为350～750，含量为10～30wt％(质量百分比)。

按上述方案，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂等。其中，锂盐中的锂离子与两亲性聚合物中的醚氧原子之比([Li]/[EO])在1:4～1:12之间。

本发明还提供一种上述具有连续离子转移纳米通道的固态聚合物电解质膜材料的制备方法，其步骤如下：