[发明专利]交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及到交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质及其制备方法。本发明提供一种全固态聚合物电解质，所述全固态聚合物电解质的组成包括：具有锂离子传输性能的聚合物、锂盐和有机填料，所述有机填料为两嵌段共聚物通过傅‑克反应进行无模板自组装得到的交联有机纳米材料。所得聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能，相比于一般全固态聚合物电解质而言，在高达200℃的条件下仍具有很好的尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及到交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

商业化锂离子电池一般具有四个关键性的组成部分：正极材料、负极材料、电解液以及隔膜。其中正负极材料在很大程度上决定了电池的容量、使用电压范围以及充放电速率，但是在长程的循环稳定性和安全性等方面，电池的性能与其隔膜和电解液体系有着密不可分的关系。隔膜的热收缩、电解液的泄露等问题都会在电池遭受热滥用或机械滥用时引发巨大的安全隐患，如燃烧、爆炸等。针对这些问题，商业化市场选择在此前常用的具有微米级孔径的聚烯烃类隔膜表面涂覆一层具有机械增强以及耐高温性能的陶瓷材料或采用多层复合膜等方法进行改性。这些方法的确在一定程度上降低了锂离子电池的热风险，但是无法从根本上解决问题，易燃易爆的碳酸酯类有机电解液仍然对锂电池的安全使用造成威胁。聚合物电解质的出现在很大程度上解决了锂离子电池漏液的问题，提高了锂离子电池的安全性能。

目前，全固态聚合物电解质(All-solid state polymer electrolytes,简称SPEs)由于其质轻、良好的机械稳定性和加工性以及不含任何液体等本征优势正被广泛研究。有使用可能性的全固态锂离子电池需要满足三个基本条件：①使用温度下离子电导率大于10^-4S·cm^-1；②全固态电解质与电极之间的界面阻抗小且界面稳定性好；③全固态电解质应该具有一定的机械强度和柔性，以抑制锂枝晶的生长和缓冲放电过程电极材料的体积变化。现阶段能基本满足以上要求的研究主要集中于以不同形貌的陶瓷材料为添加剂的聚合物基复合固态电解质，其柔性、灵活性还需要进一步的提升，质量相对有机添加剂有一定差距。因此，制备具有优异的离子传输能力、高热稳定性、与聚合物基体以及正负极材料具有良好相容性的有机填料并用于全固态电解质具有广阔的发展前景。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质，所得聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能。

本发明的技术方案：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种全固态聚合物电解质，其组成包括：具有锂离子传输性能的聚合物、锂盐和有机填料，所述有机填料为两嵌段共聚物通过傅-克反应进行无模板自组装得到的交联有机纳米材料。

进一步，所述两嵌段共聚物的第一组份为聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPOX)、聚苯醚(PPO)或聚(聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯)(P(PEGMA))中的一种；第二组份为聚苯乙烯或不含强吸电子基团的苯乙烯衍生单体的聚合物。

进一步，所述全固态聚合物电解质中，具有锂离子传输性能的聚合物与锂盐的摩尔比满足：M:Li＝10～20，有机填料在电解质中的质量分数为5～30％；其中M为具有锂离子传输性能的聚合物中与锂盐发生作用(即起到实际作用的)的结构单元(如PEO中的EO)。

进一步，所述两嵌段共聚物通过傅-克反应进行无模板自组装得到的交联有机纳米材料的方法为：在无水无氧条件下，以两嵌段共聚物(如PEO-PS)为原料，在催化剂、交联剂和溶剂的作用下，通过傅-克烷基化反应得到有机交联纳米填料；其中，交联剂占交联剂与溶剂总体积的体积分数为：0％～90％。

优选的，交联剂占交联剂与溶剂总体积的体积分数为50％～90％。

进一步，所述交联剂选自：二甲氧基甲烷或乙二醇二甲醚。