[发明专利]一种复合电解质及制备方法

说明书

本发明提供了一种复合电解质及制备方法，聚合物电解质包括高分子聚合物、碳量子点及有机锂盐或有机钠盐，高分子聚合物选自聚氧乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯等中的一种。制备方法则是以有机酮或有机醛为原料制备出碳量子点，再将其与高分子聚合物基体和有机锂/钠盐复合而成。本发明能有效降低电解质中聚合物基体的结晶相，提升锂/钠盐的离解率，聚合物电解质的离子电导率等电化学性能得到了显著提升。

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质及制备方法，特别涉及一种锂/钠离子电池复合固态聚合物电解质及制备方法。

背景技术

电解质是锂/钠离子电池中必不可少的组成部分，不仅承担着正、负电极间离子传输的作用，而且在电池比能量密度、安全性、循环稳定性、大倍率性能和成本造价等方面起着至关重要的作用。

传统的锂/钠离子电池目前所用的电解质多为有机液态电解液。由于液态电解液含有低燃点、低沸点的有机溶剂，在大电流或电池过充的情况下，电解液容易燃烧导致电池起火爆炸。另外有机液体也易于泄露，导致电池的循环性能和安全性能差。因此，开发、研究安全性能较高的电解质变得极为重要。

近年来，电解质的研究备受青睐，不仅因为其本身固态结构克服了使用有机电解液带来的安全问题，而且具有与电极材料的反应活性低、质量轻、形状灵活可变且易加工等优点。但电解质离子传导能力有限，较低的电导率导致了电池较差的循环和倍率性能，阻碍了其在锂/钠离子电池中的实际应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合电解质及其制备方法，可有效解决电解质中离子传导能力有限的问题，提高电解质的离子电导率。本发明通过以下方案实现：

一种复合电解质，包括高分子聚合物、碳量子点及有机锂盐或有机钠盐，锂盐选自高氯酸锂、三氟甲磺酸锂及双三氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或多种，钠盐选自高氯酸钠、三氟甲磺酸钠及双三氟甲烷磺酰亚胺钠的一种或多种；所述高分子聚合物选自聚氧乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯聚合物中的一种。

固态电解质在以下条件下性能更佳：

(1)碳量子点的平均直径为3～5nm，碳量子点占高分子聚合物的质量比不高于10％。

(2)高分子聚合物的分子量为100,000～1,000,000g/mol。

(3)电解质膜的厚度为50～500μm。

一种制备复合电解质的制备方法，按以下步骤：

(Ⅰ)将碱金属的氢氧化物与酮类有机物或醛类有机物溶液混合至少1小时后，于室温条件下反应至少3天，碱金属氢氧化物在溶液中的浓度为0.1～0.5g/mL；反应完成后，调节溶液的pH值至6～8，再经—分散—分离—清洗—真空干燥，得到平均直径为3～5nm的碳量子点固体颗粒；分散可采用超声波分散方法，分离一般为离心分离。

(Ⅱ)将第Ⅰ步制备出的碳量子点、高分子聚合物和锂盐或钠盐溶于有机溶剂中，搅拌至少12小时后浇注于模具中，经真空干燥得到电解质；所述锂盐选自高氯酸锂、三氟甲磺酸锂及双三氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或多种，所述钠盐选自高氯酸钠、三氟甲磺酸钠及双三氟甲烷磺酰亚胺钠的一种或多种；所述高分子聚合物选自聚氧乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯酸甲酯聚合物中的一种。

为制备得到性能更佳的复合电解质，可采用以下优化工艺参数：

(1)第Ⅰ步中酮类有机物为丙酮，醛类有机物的溶液采用浓度为40％的乙醛水溶液。

(2)第Ⅱ步中碳量子点的使用量不高于高分子聚合物质量的10％。

(3)第Ⅱ步中所使用的高分子聚合物的分子量为100,000～1,000,000g/mol。