[发明专利]ZIF-8@PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固体电解质及制备

说明书

本发明公开了一种ZIF‑8@PEGMEM‑co‑AMPS‑Li单离子聚合物固体电解质及其制备方法。ZIF‑8@PEGMEM‑co‑AMPS‑Li单离子聚合物固体电解质的制备过程为：将ZIF‑8与2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基‑1‑丙烷磺酸单体和甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯单体混合后，通过自由基引发剂引发聚合反应，聚合反应完成后，采用氢氧化锂溶液锂化，沉降，即得具有良好的离子电导率、电化学窗口以及与电极接触界面相容性好等特点的ZIF‑8@PEGMEM‑co‑AMPS‑Li单离子聚合物固体电解质，能够有效克服现有技术所存在的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种固体电解质材料，特别涉及一种由PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物与ZIF-8原位复合形成的单离子基聚合物固态电解质，还涉及其制备方法，属于全固态锂离子电池技术领域。

背景技术

人类的生存和发展离不开能源，随着社会生产力的发展，人类对能源的需求迅速增长。锂离子电池作为新一代储能元件具有质量轻、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等优点，已广泛用于电动汽车、便携式电子设备、国防科技等领域；同时，采用具有更高能量密度的锂金属作为负极材料的锂金属电池也受到越来越多的关注。

目前，锂离子电池所采用的电解质大多为液态电解质，其中含有大量有机溶剂，具有易挥发、易泄露、有毒、易燃易爆等安全性问题，危及人身安全。同时，在锂金属电池的研发过程中，由于锂金属具有较高的反应活性，机械性能较差的液态电解质往往导致充放电过程中锂金属的不稳定沉积和枝晶生长的问题，造成电池性能下降、短路等一系列问题。这些都严重限制了锂电池产业的发展。

锂离子电池固态电解质因不使用溶剂并具备抑制锂枝晶的优势正被用以取代液态电解质。单离子导体聚合物电解质作为其中的一种固态电解质，其由一个聚合物主链和一个可自由移动并负责离子迁移的阴离子基团组成，其特殊的结构可使锂离子迁移稳定并且统一，但其单一结构的使用无法满足锂离子电池对离子电导率、电化学窗口等性能的整体要求。为了得到高电导率的单离子固态聚合物电解质，在聚合物电解质中加入固体无机填料形成复合电解质是一个突破口，与未加填料相比，单离子复合聚合物电解质的电导率有了明显提高，机械性能得到改善，与电极的界面稳定性增强，使其有可能成为高性能锂离子电池中新一代电解质材料。但现有单离子聚合物电解质的离子电导率、电化学窗口、以及其与电极接触界面的相容性仍有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术中单离子基聚合物固态电解质存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种由PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物与ZIF-8原位复合形成的单离子基聚合物固态电解质，其具有良好的离子电导率、电化学窗口以及与电极接触界面相容性好等特点，能够有效克服现有技术所存在的缺陷。

本发明的第二个目的是在于提供一种ZIF-8@PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固体电解质的制备方法，该方法操作简单、成本低，有利于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种ZIF-8@PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固体电解质，其由PEGMEM-co-AMPS-Li聚合物包覆ZIF-8构成；

所述PEGMEM-co-AMPS-Li聚合物具有式1所示结构：

其中，m为10～100的整数，n为10～200的整数，k为18～19。

本发明的PEGMEM-co-AMPS-Li聚合物为无规共聚物，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸锂单元和甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯单元的比例需控制在适当的范围内，当m过低时，单离子导体聚合物电解质膜的柔韧性较差，锂离子的有效传输路径减少，当m过高时，单离子导体聚合物电解质膜的机械性能太差难以成型；相反，当n过低时，单离子导体聚合物中聚氧乙烯醚链段的结晶度较高，无法使锂离子进行更好的传输，当n过高时，单离子导体聚合物的刚性太大，亦影响电解质的成膜。