[发明专利]一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法。本发明设计的掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质的制备方法，包括步骤：首先通过两步水热法制备钛酸锶纳米线，然后以聚氧化乙烯‑聚醋酸乙烯酯为基体，以双三氟甲烷磺酰亚胺锂为锂盐，以钛酸锶纳米线为填料，采用溶液浇铸法和热压处理制备电解质薄膜，得到掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质。本发明得到的掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质具有较好的离子导电性、界面稳定性、机械稳定性和良好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法。

背景技术

传统锂离子电池多采用易挥发、易燃烧的有机液体电解质，存在着火乃至爆炸等安全隐患。以固体电解质代替液体电解质，可以保障锂离子电池的安全性，抑制锂枝晶的形成，提高电池的能量密度。但固体电解质的离子电导率比液体电解质低了几个数量级，极大地限制了其在锂离子电池中的实际应用。固体电解质一般分为无机和有机聚合物固体电解质。较无机固体电解质而言，由聚合物基体和导电锂盐组成的有机聚合物固体电解质质轻、柔韧性好、热稳定性高、与电极的相容性好，且制备过程简单，具有较好的应用前景。PEO基聚合物电解质是迄今为止研究最广泛，也是最有希望大规模商业化生产的一种聚合物电解质体系。但PEO基体的室温结晶度高(60-70％)，室温离子电导率低，不宜直接作为电解质使用。为此，国内外科研工作者们采用了多种改性的方法来增强体系的导电性能，主要包括加入增塑剂、共聚、共混及添加无机填料等。其中，共混技术简单有效，在实际生产中有巨大潜力。同时，添加无机填料如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂和ZrO₂等有助于协同提升PEO基聚合物电解质材料的机械强度和离子电导率。然而，由于这些无机填料主要以颗粒的形式添加，锂离子传输过程中必须穿过这些颗粒填料之间的众多连接点，致使其对离子电导率的提升有限。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质及其制备方法，本发明得到的掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质具有较好的离子导电性、界面稳定性、机械稳定性和良好的热稳定性。

为实现上述目的，本发明所设计的掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质，包括基体和锂盐，所述基体为聚氧化乙烯-聚醋酸乙烯酯，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，其特征在于，它还包括一维无机填料，所述一维无机填料为钛酸锶纳米线，所述钛酸锶纳米线的长径比为20～40。

作为优选方案，所述掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质是由以下成分制备而成，各成分的重量份数为：聚氧化乙烯50～65份、聚醋酸乙烯酯8～25份、双三氟甲烷磺酰亚胺锂13～15份和钛酸锶纳米线4～25份。

作为优选方案，所述掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质是由以下成分制备而成，各成分的重量份数为：聚氧化乙烯50～54份、聚醋酸乙烯酯10～20份、双三氟甲烷磺酰亚胺锂14～15份、钛酸锶纳米线4～25份。

作为优选方案，所述掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质是由以下成分制备而成，各成分的重量份数为：聚氧化乙烯54份、聚醋酸乙烯酯20份、双三氟甲烷磺酰亚胺锂14份、钛酸锶纳米线4份。

作为优选方案，所述聚氧化乙烯的粘均分子量为1×10⁵～1×10⁶；聚醋酸乙烯酯的粘均分子量为5×10⁴。

一种掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质的制备方法，包括步骤：首先通过两步水热法制备钛酸锶纳米线，然后以聚氧化乙烯-聚醋酸乙烯酯为基体，双三氟甲烷磺酰亚胺锂为锂盐，钛酸锶纳米线为填料，采用溶液浇铸法和热压处理制备电解质薄膜，得到掺杂钛酸锶纳米线的聚合物固体电解质。

作为优选方案，其制备方法具体包括步骤：