[发明专利]一种基于氢键缔合的复合固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于氢键缔合的复合固态电解质及其制备方法和应用。所述复合固态电解质的原料包括聚合物电解质、氧化物无机固态电解质、锂盐和有机溶剂，所述氧化物无机固态电解质的表面包覆有含氨基和/或羟基的连接剂。本发明通过简单的水浴加热法实现连接剂在氧化物无机固态电解质表面的包覆，之后再通过简单的溶液浇筑法，将包覆产物与聚合物电解质、锂盐相结合，制得复合固态电解质。本发明提供了多种解决氧化物无机固态电解质在聚合物电解质中的分散性差问题的解决方案，制备的复合固态电解质均一稳定，实现了高室温离子电导率，低电解质/电极界面阻抗，以及全固态锂离子电池的长循环等优异电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种基于氢键缔合的复合固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

目前商用锂离子电池存在漏液、易燃易爆等安全性问题，究其原因在于其内部存在液态电解液，将液态电解液更换为固态电解质，构造全固态锂离子电池，可以从根本上解决上述安全性问题。

固态电解质根据成分可以划分为有机聚合物电解质和无机固态电解质。聚氧化乙烯由于安全性高、成本低、易制备、能量密度高、电化学稳定性好、与锂盐相容性好，成为了研究最为广泛的有机聚合物电解质，但是其离子电导率低，机械强度低，无法抑制锂枝晶的产生与生长。无机固态电解质包括氧化物无机固态电解质和硫化物无机固态电解质，其中氧化物无机固态电解质具有化学与电化学稳定性高，离子电导率高、机械强度高等优点，将氧化物无机固态电解质与聚氧化乙烯复合，构造复合固态电解质，可以有效改善聚氧化乙烯的电化学性能。

CN111463481A公开了一种介孔SiO₂纳米颗粒/有机聚合物固态电解质的制备方法及应用，通过将介孔SiO₂纳米颗粒加入有机聚合物中，有效解决了聚合物固态电解质离子电导率低、界面阻抗高的问题。

CN113161606A公开了一种氧化物无机固态电解质纳米颗粒/聚氧化乙烯固态电解质的制备方法，将LLTO在内的氧化物无机固态电解质纳米颗粒与聚氧化乙烯复合，制备出的超薄复合固态电解质膜实现了良好的离子电导率和优异的机械强度。

上述方案均意识到了氧化物无机固态电解质在提高以聚氧化乙烯为代表的有机聚合物电解质电化学性能方面的积极作用，但是无机固态电解质在聚氧化乙烯内部存在团聚、分散性差、分散不均匀等问题，这阻碍了氧化物无机固态电解质功能的有效发挥，以及复合固态电解质电化学性能的进一步提高，因此，寻找一种可以使氧化物无机固态电解质在聚氧化乙烯电解质中均匀分散的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氢键缔合的复合固态电解质及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于一种基于氢键缔合的复合固态电解质，所述复合固态电解质的原料包括聚合物电解质、氧化物无机固态电解质、锂盐和有机溶剂，所述氧化物无机固态电解质的表面包覆有含氨基和/或羟基的连接剂。

本发明所述复合固态电解质内部氧化物无机固态电解质在聚合物电解质内均匀分布，这可以在保证复合固态电解质机械强度的同时，实现高离子电导率。组装的全固态锂离子电池实现了优异的循环稳定性和倍率性能。氧化物无机固态电解质通过含氨基或/与羟基的有机或无机连接剂，在聚合物电解质内均匀分布，其作用机理为有机或无机连接剂的氨基或/与羟基通过氢键分别与氧化物无机固态电解质的羟基、聚合物电解质的醚氧键键合，将氧化物无机固态电解质与聚合物电解质桥连起来，抑制氧化物无机固态电解质在聚合物电解质体系中的团聚，改善氧化物无机固态电解质的分散性。