[发明专利]一种双改性固态电解质膜的制备方法和应用

说明书

本发明公开一种双改性固态电解质膜的制备方法和应用，通过对组成固态电解质的聚合物进行改性，接枝上能够协助传输Li⁺的官能团，对无机碳瓷填料进行表面处理，使其表面带有能够传递Li⁺的醚低聚物，聚合物和陶瓷填料携带的官能团的相似性提高了陶瓷填料与聚合物的亲和性，使得Li⁺能够在有机‑无机相界面之间快速传输、强化了界面、降低了界面阻抗；与不经过改性的电解质膜相比，离子电导率有较大提升，用于锂离子电池具有良好的电化学性能，而且制备方法简单，可应用于规模化生产。

技术领域

本发明属于动力电池电解质制备技术，涉及一种双改性固态电解质膜的制备方法和应用。

背景技术

锂电池由于其优异的电化学性能而被广泛应用于电子设备和电动汽车。然而，商业化的液态电池中的电解液高度易燃，有机电解液的热不稳定性是锂离子电池热失控风险的主要原因，只有改进电解质体系、提高电解质的稳定性，才可能从根本上解决锂电池的安全风险。因此，使用固态电解质的锂离子电池被广泛认为是一种有前途的下一代先进电池技术。

目前常见的固态电解质分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类。无机固态电解质材料拥有高离子电导率和耐高压的性能，但是电解质和电极之间的界面电阻高，电解质柔性差等缺点严重限制了其实际应用。聚合物固态电解质拥有良好的循环性，并且容易加工，但是由于其低的室温离子电导率导致其应用的环境受限。

研究表明，具有高结晶度的聚合物将不利于离子迁移。通过添加无机填料或者增塑剂，可以提高聚合物无定形区域所占比例，降低结晶度。由聚合物和无机填料复合而成的有机-无机复合固态电解质既提高了机械强度，又赋予了电解质柔性和可加工性，但其远低于商业化电解液的离子电导率使其仍然不满足大规模推广的要求。根据研究，复合电解质内部聚合物和无机填料界面上高的阻抗是导致离子电导率低的主要原因。因此，迫切地需要解决复合固态电解质内部有机-无机界面性能差的问题。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种双改性固态电解质膜的制备方法和应用，制备的固态电解质膜同时提高了机械强度和离子电导率。

为了达到上述的发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种双改性固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、对聚合物进行改性，接枝上能够协助传输Li⁺的-(-O-CH₂-CH₂-)_n-官能团；对纳米陶瓷颗粒进行改性，使其表面带有醚低聚物；

S2、将经步骤S1改性后的聚合物溶解在有机溶剂中，向聚合物溶液中加入锂盐、改性后的纳米陶瓷颗粒、离子液体和增塑剂，超声分散搅拌后得到粘稠状混合溶液；

S3、将粘稠状混合溶液转入模具，真空烘干空蒸发溶剂后即得到双改性固态电解质膜。

进一步，所述步骤S1中聚合物进行改性是通过低温等离子体照射后通入接枝物进行接枝反应，低温等离子体照射所使用的气体为SO₂、NH₃、H₂O、N₂和Ar中的一种，照射处理时间为30-120s。

进一步，所述步骤S1中接枝于聚合物上的官能团为聚乙二醇或聚环氧乙烷。

进一步，所述步骤S1中纳米陶瓷颗粒进行改性过程为，采用空气中暴露或二氧化碳水蒸气混合气体处理的方法对纳米陶瓷颗粒进行处理使其表面带有少量LiOH和Li₂CO₃，然后将处理后的纳米陶瓷颗粒与环状碳酸酯进行开环枝接反应形成能够传递Li⁺的醚低聚物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的一种。