[发明专利]一种具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法，其解决了现有聚磷腈固态电解质力学性能差、电导率低的技术问题，其由多孔薄膜和聚磷腈电解质材料构成，多孔薄膜由聚合物、无机固体电解质和锂盐组成，多孔薄膜为所述聚磷腈电解质的骨架；聚磷腈电解质为锂离子的载体。本发明同时提供了其制备方法。本发明可广泛用于电解质的制备领域。

技术领域

本发明涉及锂离子电池固态电解质领域，具体地说涉及一种具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池在储能领域的应用，电池的安全性成为人们关注的焦点，目前大多数锂离子电池都采用了有机液态电解质，有机液态电解质的易泄露、易燃的问题威胁着电池的安全。为了解决这个问题，固态电解质应运而生。目前的固态电解质可分为聚合物凝胶电解质、聚合物全固态电解质、无机固态电解质等几种。

聚合物固态电解质因不存在有机液态电解质易燃、易泄露的缺点，并且还具有一定的柔性，所以逐渐成为人们关注的焦点。

在聚合物固态电解质中，聚磷睛电解质因其特殊的结构，使得聚磷腈可以具有较低的玻璃转化温度(Tg)、一定程度上的旋转自由度以及热稳定性能，有利于离子的传输。但是，另一方面，因为聚磷睛材料较低的玻璃化转变温度导致其力学性能较差，高温下变为粘流态，在压力的作用下很容易流动，使电池短路。

为了解决聚磷腈固态电解质力学性能差的问题，有的人采用了紫外辐射交联的方法提高其力学强度，还有的人采用了加入纳米填料的方法，提供物理交联点，但是这些方法会对材料的电导率产生影响，而且力学性能还不能满足实际应用的要求。

发明内容

本发明就是为了解决现有聚磷睛固态电解质力学性能差、电导率低的技术问题，提供一种具有较好的力学性能、优良成膜性以及较高离子导电率的具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法。

为此，本发明提供一种具有双重导离子网络的固态电解质，其由多孔薄膜和聚磷腈电解质材料构成，所述多孔薄膜由聚合物、无机固体电解质和锂盐组成，所述多孔薄膜为所述聚磷腈电解质的骨架；所述聚磷腈电解质为锂离子的载体。

优选的，聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)之一种或多种。

优选的，无机固体电解质为氧化物体系的固态电解质或硫化物体系的固态电解质。

优选的，氧化物体系的固态电解质为LLTO、LATP、LLZO、LATP、LAGP之一种或多种。

优选的，硫化物体系的固态电解质LGPS、LPS、LS-BS-LI之一种或多种。

本发明同时提供一种具有双重导离子网络的固态电解质的制备方法，其包括如下步骤：(1)将高分子聚合物、锂盐和无机固态电解质(纳米线、纳米管或者纳米颗粒)放入容器中，并加入溶剂配成纺丝液，进行静电纺丝，得到多孔薄膜；(2)将线性聚磷腈溶解在四氢呋喃(THF)溶液中，向其中加入含有杂环原子氧原子、亚酰胺官能团和硫醇硫原子官能团的聚合物侧链作为电子施主配位锂离子，同时加入释酸剂除去反应的中间产物，得到浓缩液；充分反应后，除去THF，将所述浓缩液滴入石油醚中，得到沉淀产物，将沉淀产物放入透析袋中，透析，除水，得到聚磷腈电解质材料；(3)将步骤(2)得到的聚磷腈电解质材料制成溶液，加入锂盐；将所述步骤(1)中得到的多孔薄膜平铺于玻璃或聚四氟乙烯平板上，向其上浇注一层聚磷腈电解质溶液，之后在其上再覆盖一层多孔薄膜，充分干燥后，得到三明治结构的电解质薄膜。

优选的，步骤(1)中，所述锂盐与所述高分子聚合物的质量比为(0.1-0.6)：1；所述无机固体电解质填料在所述高分子聚合物与所述无机固体电解质填料的混合物中的质量分数为5-25％。