[发明专利]一种含硼碳量子点纳米复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含硼碳量子点纳米复合固态电解质及其制备方法，含硼碳量子点纳米复合固态电解质由含硼碳量子点、聚氧化乙烯基体和锂盐复合组成。与现有的碳量子点纳米复合电解质相比，含硼碳量子点的加入除了可以降低PEO基体的结晶度外，还能提供许多路易斯酸位点，这些路易斯酸位点可有效提高锂盐的离解度和对锂盐中阴离子的吸附，大幅提高PEO基体的电导率。因此，含硼碳量子点纳米复合固态电解质在室温25℃和高温100℃下都表现出优异的电导率。与现有制备技术相比，本发明通过简单的水热反应制备了含硼碳量子点，并与PEO基体、锂盐混合均匀流延成膜即得含硼碳量子点纳米复合电解质。该制备工艺简单，原料成本低，环保绿色，有利于大规模生产。

技术领域

本发明属于固态电解质制备技术领域，涉及一种固体电解质材料，具体涉及一种含硼碳量子点纳米复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有绿色环保、能量密度高、循环寿命长、支持快充、安全可靠、轻便易携等特点，作为21世纪划时代的充电电池，将开辟二次电池新时代。但目前传统锂离子电池中使用的液态电解质会带来一系列的安全隐患，如漏液、漏电、挥发导致的电池鼓包现象、高温下易燃易爆等。近年来，固态聚合物电解质的研发大大提高了锂离子电池的安全性能，解决了在充放电过程中液态电解质的挥发带来的鼓包现象，大大提升了锂电池的循环性和使用寿命。同时，固态聚合物电池也具有高温热稳定性、良好的机械性能、设计灵活可折叠等优点。

聚氧化乙烯(PEO)是一种典型的聚合物电解质基体，对锂盐有很好的溶解性。然而其室温下易结晶，导致电导率低，没法得到使用。研究表明，纳米粒子的加入可以降低PEO基体的结晶度，提升电导率。碳量子点作为一种粒径在10nm以下且分散均一的纳米粒子，可大幅降低PEO基体的结晶度。同时，硼原子是常见的缺电子的路易斯酸，其吸电子能力处于-CN和-NO之间，具有强的吸电子能力，含硼碳量子点，还能提供许多路易斯酸位点，这些路易斯酸位点可有效提高锂盐的离解度和对锂盐中阴离子的吸附，并降低PEO基体的结晶度，提高PEO基体的电导率。

发明内容

针对现有的PEO基固态聚合物电导率低的问题，本发明的第一个目的在于提供一种在室温和高温下具有良好电导率的含硼碳量子点纳米复合固态电解质。

本发明的第二个目的在于提供一种步骤简单、绿色环保的制备含硼碳量子点纳米复合固态电解质的方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种含硼碳量子点纳米复合固态电解质，包含聚氧化乙烯基体、含硼碳量子点和有机锂盐。其中，PEO基体中的氧乙烯连段为锂离子的传输提供通道，含硼碳量子点作为一种纳米粒子可大幅降低PEO基体的结晶度，且硼原子是常见的缺电子的路易斯酸，可提供大量路易斯酸位点，这些路易斯酸位点可有效提高锂盐的离解度和对锂盐中阴离子的吸附，进一步提高电解质的电导率。

进一步，所述所述聚氧化乙烯基体的分子量为100000～2000000，呈粉末态。分子量过低时，PEO基体呈粘流态不易成膜；分子量过大时，PEO基体结晶度太大，导致电导率太低。

所述含硼碳量子点的元素组成为B、C、O、H。

所述有机锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双二氟磺酰亚胺锂中的一种或两者的混合物。有机锂盐的阴离子半径大，电荷分布散，可有效降低锂盐晶格能增大溶解度。

一种含硼碳量子点纳米复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，含硼碳量子点的制备：将硼酸和对苯二胺溶于四氢呋喃溶液中，搅拌混合均匀后，放入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，进行高温恒温反应，反应产物冷却至室温后抽滤，抽滤后的溶液再使用真空旋蒸仪旋干，得到褐色粉末即为含硼碳量子点(BCQDs)；