[发明专利]一种通过气相渗透法改性的固态电解质聚合物的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种通过气相渗透法改性的固态电解质聚合物的制备方法及其应用。本发明的制备方法为：将固态电解质聚合物置于沉积设备的反应腔中的样品桶内，在搅拌下进行预热，然后交替通入气相化学前驱体源和惰性气体进行气相渗透循环，使聚合物内部生长出均匀的纳米填料，从而得到改性的固态电解质聚合物。本发明将填料以气相渗透法直接生长在聚合物的内部，相比于物理混合，填料的尺寸更小，和聚合物之间具有较强的化学相互作用，增加了填料分散的均匀性，可以更好地提高电解质的离子导电性和锂离子迁移数；此外，小粒径和均匀分散的填料可以存在于固态电解质膜的表面，通过和锂金属形成合金降低对锂的界面电阻。

技术领域

本发明涉及了一种通过气相渗透法改性的固态电解质聚合物的制备方法及其应用，属于能源材料技术领域。

背景技术

聚合物固态电解质由于具有高柔韧性，低成本和易于集成的优点而成为最有前景的固态电解质之一。然而，低的离子导电性，较低的锂离子迁移数，较小的电化学窗口和较大的界面电阻限制了它们的实际应用。

将无机填料掺入聚合物基体中以制备复合聚合物固态电解质可以减低聚合物的结晶度，提高离子导电性。此外，填料还可以吸附阴离子，提高锂离子迁移数并增加机械强度。然而，制备复合聚合物固态电解质最常用的方法是将填料与电解质进行物理混合，以这种方式掺入的填料和聚合物之间相互作用力弱，会发生团聚以降低其表面性能，导致分散均匀性差，从而限制了离子导电性和锂离子迁移数的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：聚合物固态电解质具有低的离子导电性，较低的锂离子迁移数，较小的电化学窗口和较大的界面电阻等问题限制了它们的实际应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过气相渗透法改性的固态电解质聚合物的制备方法，其特征在于，将固态电解质聚合物置于沉积设备的反应腔中的样品桶内，在搅拌下进行预热，然后交替通入气相化学前驱体源和惰性气体进行气相渗透循环，使聚合物内部生长出均匀的纳米填料，从而得到改性的固态电解质聚合物。

优选地，所述的化学前驱体源包括金属烷基化合物和去离子水，所述的纳米填料为金属氧化物。

优选地，所述的气相渗透循环为交替通入金属烷基化合物、惰性气体、去离子水和惰性气体；每次气相渗透循环通入的金属烷基化合物和去离子水的摩尔比为0.25～2:1，每次气相渗透循环金属烷基化合物的通入量按照金属烷基化合物中的金属元素与固态电解质聚合物的质量比为0.5～2％的比例通入。

优选地，所述的气相渗透循环的次数为5～20次。

优选地，所述的改性的固态电解质聚合物中的纳米填料的质量分数为1～20％。

优选地，所述的固态电解质聚合物为聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸酯中的至少一种。

优选地，所述的金属烷基化合物为二乙基锌和三甲基铝中的至少一种。

本发明还提供了所述的通过气相渗透法改性的固态电解质聚合物的制备方法制备的固态电解质聚合物在电池中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明将填料以气相渗透法直接生长在聚合物的内部，相比于物理混合，填料的尺寸更小，和聚合物之间具有较强的化学相互作用，增加了填料分散的均匀性，可以更好地提高电解质的离子导电性和锂离子迁移数；此外，小粒径和均匀分散的填料可以存在于固态电解质膜的表面，通过和锂金属形成合金降低对锂的界面电阻；同时改性后的聚合物固态电解质的电化学稳定性也得到一定提升；

2.本发明的气相渗透法生长填料的难度低，可以生长一种或多种填料，适合商业化大规模生产。

附图说明

图1为实施例1、对比例1和对比例2的电池在50℃时的循环性能对比图；