[发明专利]复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质及制备方法

说明书

本发明涉及一种复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质及制备方法，包括复合阻燃剂，PEO基底和钠盐；其中复合阻燃剂由9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物(DOPO)和埃洛石纳米管(HNT)经化学反应合成，DOPO和HNT的质量比为1:2～1:1；复合阻燃剂的引入可有效提高PEO基聚合物固态电解质的安全性能，DOPO在热失控时会被气化生成含磷气化物，阻止燃烧反应的发生；另一方面，得益于HNT独特的“外负内正”的电性分布，在与聚合物基底及钠盐混合后，极大的促进钠离子的电离，增加可自由传导的钠离子的数量，进而提高电解质的电化学性能；本发明复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质的制备方法，简单易行。

技术领域

本发明属于电化学能源材料技术领域，涉及一种复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质及制备方法。

背景技术

锂在地壳中的储量仅约为0.0065％，而随着锂离子电池的大规模制备，金属锂的消耗与日俱增，在不久的将来很难满足市场需求。与锂电池工作机理类似的钠电池逐渐成为研究热点。钠在地壳中的含量约为2.64％，远远高于锂的储量，同时钠的提取原料丰富，成本低，在研发方面与锂电池存在一定的共性，所以钠电池被认为是锂电池的未来替代者。和锂电池类似，钠电池同样面临枝晶生长，与液态电解质反应等引起的性能下降甚至是安全问题，应用于全固态钠电池的固态电解质在解决上述问题方面被寄予厚望。

金属钠与电解质更容易发生不可逆化学反应导致循环稳定性差甚至发生安全问题。采用固态电解质的全固态钠电池被认为是解决上述问题的有效手段，目前已有多种钠电池用固态电解质被开发，但是普遍来看，钠电池由于金属钠更高的活泼性使保证其安全性面临更大的问题，开发高安全性的固态电解质是保证钠电池安全性的有效手段之一。PEO基固态聚合物电解质由于具有良好的界面相容性和易加工等优点，在应用于聚合物固态电解质基底方面有很大的吸引力。另一方面，PEO的可燃性仍未引起广泛注意，尤其是被应用到固态电池中时，虽然固态电池替换掉了易燃的有机液态电解质，但是PEO作为新的“溶剂”仍然是可燃烧的。本发明通过引入复合阻燃剂实现高安全性同时保证电化学性能不受影响。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质及制备方法，复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质，可有效提高PEO基固态聚合物电解质的安全性；制备方法，简单易行。

技术方案

一种复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质，其特征在于包括复合阻燃剂、PEO基底和钠盐；其中：复合阻燃剂与PEO基底的质量比为1:5～2:5，PEO基底中的单体EO与钠盐中Na⁺的摩尔比为15∶1～17∶1；所述复合阻燃剂包括9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物DOPO和埃洛石纳米管HNT，质量比为1:2～1:1。

所述钠盐为高氯酸钠NaClO₄或双三氟甲烷磺酰亚胺钠NaTFSI。

所述PEO为分子量范围在400000-1000000。

所述PEO基底中的单体EO与钠盐中Na⁺的摩尔比为15∶1。

所述PEO为分子量为1000000。

一种制备所述复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将PEO聚合物、钠盐和复合阻燃剂溶解于乙腈中，搅拌得到均匀溶液。搅拌速度为400～600rpm，搅拌时间为6～18h；

步骤2：将上述溶液浇注于聚四氟乙烯培养皿中，室温挥发除去大量溶剂后进行干燥，得到复合阻燃剂改性的PEO基固态聚合物电解质。干燥的时间为6～24h，干燥的温度为40～70℃。