[发明专利]一种非对称凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种非对称凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用，其解决了现有电池中正极不稳定和负极锂枝晶生长的技术问题，本发明提供的非对称凝胶聚合物电解质为非对称结构，其一侧含有铁电性陶瓷微粒，另一侧含有聚多巴胺包覆的铁电性陶瓷微粒；其基体为聚(偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚氧乙烯/聚乙烯醇共混物之一种或其混合物；所述铁电性陶瓷微粒为钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶之一种或其混合物。本发明同时提供了其制备方法和应用。本发明可用于电池材料领域。

技术领域

本发明涉及一种电池材料，具体地说，涉及一种非对称凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

目前，质量轻便、环境友好、放电比容量高的锂、钠离子电池已被广泛应用到便携式电子设备以及电动汽车等领域。以往对锂、钠离子电池的研究主要集中于液态电解质，虽然能够达到锂、钠离子电池使用的要求，但是液态电解质仍然存在很多安全隐患，如电解液易泄露、有机溶剂毒性大、沸点低、易挥发甚至燃烧，电解液与正负极材料发生副反应导致容量衰减严重等。使用金属作为负极时可以达到更高的能量密度，但是使用液态电解液会产生大量枝晶，而枝晶生长刺穿隔膜造成电池短路会带来严重的安全问题，正极材料中的活性物质也会溶解穿梭到负极造成容量下降。使用全固态电解质存在电极与电解质界面接触不良的问题，此外，全固态电解质的离子电导率较低，难以满足电池的应用要求。凝胶聚合物电解质结合了液态电解质离子电导率高以及固态电解质安全性高的优点，可以得到更加广泛的应用。

凝胶聚合物电解质要获得实际应用必须达到以下条件：较高的离子电导率和离子迁移数、宽的电化学稳定窗口、优异的电化学稳定性及耐热性，高效简单的制备工艺。凝胶聚合物电解质骨架需要具备多孔结构以及一定的机械强度，静电纺丝技术工艺简单、便于操作，通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有大量微孔结构，可以吸附电解液变成凝胶态获得更高的电化学性能。可采用静电纺丝技术制备凝胶电解质的聚合物有PVDF-HFP、PAN、PEO、PVA等，但是纯的聚合物力学性能较低，离子电导率较低，难以满足电池的应用要求。因此，常采用加入无机陶瓷纳米颗粒或聚合物共混等方法来提高电解质的各项性能。

发明内容

本发明就是为了解决现有电池中正极不稳定和负极锂枝晶生长的技术问题，提供一种掺杂不同填料的具备多功能的非对称凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用。

为此，本发明提供一种非对称凝胶聚合物电解质，其为非对称结构，其一侧含有铁电性陶瓷微粒，另一侧含有聚多巴胺包覆的铁电性陶瓷微粒；其基体为聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧乙烯/聚乙烯醇共混物(PEO/PVA)可以静电纺丝的、利于离子迁移的聚合物或其混合物；铁电性陶瓷微粒可以是钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)具有铁电性的微粒或其混合物。

优选的，所述非对称凝胶聚合物电解质所用电解液为所述非对称凝胶聚合物电解质所用电解液为酯类或醚类溶剂电解液。

优选的，所述非对称凝胶聚合物电解质所用电解液为六氟磷酸锂溶于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的电解液、六氟磷酸钠溶于碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的电解液，或双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于1，3-二氧戊环和二甲醚的电解液。