[发明专利]一种多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料作为固态电解质的应用

说明书

本发明公开了一种多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料作为固态电解质的应用，所述多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料以去离子水作为溶剂，将高分子聚合物单体、多金属氧酸盐和引发剂混合，混合均匀后加热反应，将产物过滤、洗涤、干燥，即得。本发明采用了简单的一锅反应法，通过多酸诱导自组装的方法合成的多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料，其性能优异，作为固态电解质组装在固态电池上，工艺简单，操作方便，所得电池性能优越。

技术领域

本发明涉及一种多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料作为固态电解质的应用，属于杂化纳米线材料的应用技术领域。

背景技术

电池在转换和存储能量方面发挥着重要作用。在当前可用的电池技术中，锂离子电池(LIBs)由于其高的能量密度、高输出功率和长的循环寿命而被认为是最有前途的电池。然而，由于传统的LIBs通常使用的是液体有机电解质，但液态电解质易燃、易渗漏、与碳负极材料具有很强的热反应活性，使得电池内部发生短路，在温度很高时，就发生了爆炸，导致诸如不可控的安全问题和高成本等缺点。对新一代LIBs来说，用于LIBs固态电解质的典型材料是无机材料或有机聚合物。无机固体电解质主要以LISICON型材料为主，目前研究较多，但仍存在与锂接触稳定性低等瓶颈；固体聚合物电解质(SPE)是一种由锂盐组成、与锂盐有关的无溶剂的极性聚合物基体，旨在解决液体电解质遇到的大多数问题。特别是，SPE稳定性高，工作温度范围宽、易于加工的优越的性能，是最有前途的下一代固态电解质的材料之一。

多金属氧酸盐(POMs)具有纳米尺寸、可调拓扑结构和富氧表面，在催化、传感、质子传导等众多领域引起了人们的广泛关注。POMs具有丰富的离子结构，与杂多阴离子抗衡作用，在离子导电率方面有很大的潜能。然而，作为多离子锂盐的POMs易发生离子聚集，因而呈现低离子电导率。能够将POMs均匀地分散在纳米线中以避免离子聚集，并且能够构建可调的离子通道是提高POMs的离子导电性的有效方法。

迄今，用SO₃^-功能化的SPE(例如聚苯乙烯磺酸盐(PSS))已经广泛被研究。然而PSS由于缺少促进离子跳跃的官能团导致其离子电导率较低。一些工作报道了纳米线材料在质子/离子导电性方面的优势，这些优点可以创建连续的离子传输路径并显著降低界面阻挡。然而大多数商业PSS或先前报道的基于PSS的材料都是球形纳米颗粒或短纳米棒。在这种结构下Li⁺需要跨越巨大的界面势垒，并最终导致低离子电导率。通过控制其形貌的方法来提高PSS的电化学性能的研究甚少。因此，设计并构建具有良好纳米线形貌的PSS基材料、寻找具有足够路易斯碱基和工作离子的新型多离子锂盐是实现高离子电导率的迫切要求。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料作为固态电解质的应用。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料作为固态电解质的应用，所述多酸/高分子聚合物杂化纳米线材料以去离子水作为溶剂，将高分子聚合物单体、多金属氧酸盐和引发剂混合，混合均匀后加热反应，将产物过滤、洗涤、干燥，即得。

优选：

所述高分子聚合物单体选自对苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

所述多金属氧酸盐为基于Li，Na或K的多金属氧酸盐。

所述多金属氧酸盐选自Li₇V₁₅、HNa₆V₁₅、K₇V₁₅或K₁₀V₃₄。