[发明专利]一种阻燃的聚合物电解质隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阻燃的聚合物电解质隔膜，包括：聚合物基体，及在聚合物中分布均匀的添加物和锂盐。所述添加物为负载金属‑有机框架材料的二维纳米片，其具有多孔的金属‑有机框架材料呈单层紧密排列分布在二维材料表面的微观特点。本发明选择负载金属‑有机框架材料的二维纳米片作为添加物，达到对两种品类纳米材料的重塑和性质的兼容，可以实现其在聚合物电解质中的均匀分布以及与锂盐、聚合物材料间良好的物理化学作用，有效提高聚合物电解质的锂离子电导率和物理性能，所得锂电池具有长的循环稳定性和高的理论比容量；同时所述工艺具有操作简便，工艺简单的特点，适宜工业化生产。

技术领域

本发明属于二次锂电池领域，具体涉及一种阻燃的聚合物电解质隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂电池包括锂离子电池和锂金属电池等是极具发展前景同时已经开始应用的二次电池类型，具有比容量高，操作性强等优点。然而电池在大电流快充和工作过程中容易出现发热，同时电池长期使用中还会形成锂枝晶存在刺穿隔膜导致短路的危险。因此使用中，在电池内部热量累计到一定程度时，或者电池受到外力撞击破损等情况导致电极材料与空气反应发热时，由于液态电解液和常用商业pp隔膜的高度易燃性， 锂电池很容易存在热失控导致的起火甚至爆炸等风险,造成严重的后果，这种电池起火爆炸的现象已经多有报道，极大制约了锂电池在容量、快充等方面的进一步发展和应用，。因此为了避免液态电解液和隔膜高度易燃风险，聚合物电解质隔膜以其与电极较好的接触、易加工性、具有一定的锂离子电导率等受到了广泛的关注和研究。然而聚合物电解质隔膜仍然受到锂离子电导率偏低、热稳定性和阻燃性能较差等问题的困扰，因此，提高聚合物电解质隔膜电化学性能、热稳定性和阻燃性能就成了影响锂电池进一步发展和应用的关键因素。

然而现在常用的聚合物电解质由于高分子聚合物的导锂离子能力限制，隔膜的锂离子电导率都较差，且热稳定和阻燃性能较差。目前研究中常用在聚合物材料中混合单一品类或多品类纳米材料添加物来提高聚合物电解质的锂离子电导率，同种纳米材料存在明显的团聚作用，使得添加的纳米材料很难在聚合物中分散均匀，如果是同时添加多种不同性质的纳米材料更容易导致材料间的不兼容，难以发挥各自作用。因此，团聚的纳米材料不仅导致其与聚合物基体的接触不完全，同时容易在聚合物电解质中产生空腔，进而导致与聚合物间的物理作用和化学键合作用有限，影响聚合物电解质的锂离子电导率和机械性能。对电解质隔膜的热稳定和阻燃性能也难以作用。因此，发展一种普适的方法制备具有均匀分布纳米材料添加物的高性能聚合物电解质隔膜对锂电池的发展和应用具有重要意义。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提出了一种阻燃的聚合物电解质隔膜及其制备方法和应用。本发明选择负载金属-有机框架材料的二维纳米片作为添加物，达到对两种品类纳米材料的重塑和性质的兼容，可以实现其在聚合物电解质中的均匀分布以及与锂盐、聚合物材料间良好的物理化学作用，有效提高聚合物电解质的锂离子电导率和物理性能，所得锂电池具有长的循环稳定性和高的理论比容量；同时所述工艺具有操作简便，工艺简单的特点，适宜工业化生产。

为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃的聚合物电解质隔膜，包括：聚合物基体，及在聚合物中分布均匀的添加物和锂盐。所述添加物为负载金属-有机框架材料的二维纳米片，其具有多孔的金属-有机框架材料呈单层紧密排列分布在二维材料表面的微观特点。

所述聚合物基体和添加物的质量比在99:1~90:10之间。

所述聚合物电解质隔膜的厚度在50~300微米之间。