[发明专利]一种原位复合型聚合物固体电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种原位复合型聚合物固体电解质及其制备方法和应用，所述原位复合型聚合物固体电解质包括：聚合物基体、含氟碱金属盐、氧化物纳米颗粒以及原位生成的氟化物；其中，所述原位生成的氟化物为所述氧化物纳米颗粒与含氟碱金属盐在溶剂中生成的氢氟酸反应，得到原位产生的一种或多种氟化物；所述氟化物包覆在所述氧化物纳米颗粒表面。本发明通过原位复合型聚合物固体电解质中在纳米颗粒表面原位生成的氟化物包覆层，提高了离子电导率、电化学稳定性以及稳定了固态二次电池中电解质与电极之间的界面，有效地提高了固态电池的倍率性能、库伦效率和循环寿命。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种原位复合型聚合物固体电解质及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于面临能源、资源、环境之间日益突出的矛盾，世界各国纷纷出台推进新能源技术开发的政策措施并且加大资金投入力度。在新能源技术领域，以锂离子电池为代表的二次离子电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点，在手机、笔记本电脑、电动工具、数码相机、电动汽车等领域得到了广泛应用并显示出强劲的发展趋势。与此同时，其他二次离子电池如钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池等也收到了广泛的关注与研究。

目前，二次离子电池中广泛使用液体电解质，因其含有易燃、易挥发的有机溶剂，在充放电过程中会释放出可燃气体，尤其是在某些非常规工作条件下，例如过充过放、大功率充放电等，将产生大量热量而加速气体的产生，导致电池内压增高，气液泄露，甚至起火爆炸，因此存在严重的安全隐患问题。与传统的有机液体电解质相比，聚合物固体电解质材料具有安全性好、能量密度高、柔韧性好等优点，能更好地满足未来电子器件轻薄、形状灵活、安全、环保的发展要求，受到广泛的关注与研究，成为固体电解质领域的研究重点。

聚合物固体电解质是一种处于固体状态，却能够像液体一样溶解支持电解质并发生离子迁移现象的高分子膜。它有效地克服了液体电解质存在的易泄露、短路、寿命短等问题，弥补了无机固体电解质脆性大、成膜性差、机械形变差、制备成本高的不足。聚合物固体电解质具有质轻、成膜性好、粘弹性和制备成本低等优点，符合化学电源的发展趋势，除了应用于二次离子电池之外，在电子、医疗、空间技术、电致显色、光电学、传感器等方面都有着广泛的应用。

但是，要使聚合物固体电解质真正从实验室进入商业应用，其离子电导率、膜的机械性能、稳定性以及与电极的相容性等问题都还有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明实施例提供了一种原位复合型聚合物固体电解质及其制备方法和应用。通过原位复合型聚合物固体电解质中在纳米颗粒表面原位生成的氟化物包覆层，提高了离子电导率、电化学稳定性以及稳定了固态二次电池中电解质与电极之间的界面，有效地提高了固态电池的倍率性能、库伦效率和循环寿命。

第一方面，本发明实施例提供了一种原位复合型聚合物固体电解质，所述原位复合型聚合物固体电解质包括：聚合物基体、含氟碱金属盐、氧化物纳米颗粒以及原位生成的氟化物；

其中，所述原位生成的氟化物为所述氧化物纳米颗粒与含氟碱金属盐在溶剂中生成的氢氟酸反应，得到原位产生的一种或多种氟化物；所述氟化物包覆在所述氧化物纳米颗粒表面。

优选的，所述的聚合物基体包括：聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚氧化乙烯、聚碳酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族主链聚合物、聚酰胺、聚酯和烯烃聚合物中的一种或多种。

优选的，所述含氟碱金属盐包括：四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、二氟草酸硼酸盐和双氟磺酰亚胺盐中的一种或多种；其中，所述碱金属盐用量为所述聚合物基体和碱金属盐总质量的1％-95％。

优选的，所述氧化物纳米颗粒包括：氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化镁、氧化锆、氧化镧、氧化锌、氧化石墨烯、固体电解质材料中的一种或多种；其中，所述氧化物纳米颗粒用量为聚合物基体质量、碱金属盐和氧化物纳米颗粒总质量的0.05％-80％。