[发明专利]改性隔膜、基于改性隔膜的固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性隔膜、基于改性隔膜的固态电解质及其制备方法，属于固态电解质制备技术领域。该改性隔膜的制备方法，按照以下步骤制备得到：将富含羟基的隔膜浸渍于有机溶剂A中，加入液态金属卤化物，常温下，羟基和卤族元素反应生成金属氧化物，得到改性隔膜。通过该方法使纳米氧化物均匀分散在隔膜上。将聚合物和锂盐溶解于有机溶剂B中，搅拌均匀后涂覆在改性隔膜上，得到基于改性隔膜的固态电解质迁移数高和机械性能良好。

技术领域

本发明涉及固态电解质制备技术领域，更具体的涉及一种改性隔膜、基于改性隔膜的固态电解质及其制备方法。

背景技术

固态电解质取代液体电解质是一种有效的将锂金属运用于储能领域的优化策略。固态电解质作为传输锂离子的介质，需要较高的锂离子电导率；作为正负极材料的分隔介质，需要有较低的电子电导率，防止电池内部短路，通常要求材料的电子电导率小于10^-5～10^-3S/cm；要有较大的锂离子迁移数，并且尽可能接近1，减小在充放电过程中的浓度极化，支持大电流充放电；要有宽电化学稳定窗口，在电池工作中自身发生氧化还原反应，延长电池循环寿命；与电极材料界面接触良好，且不与电极材料以及集流体发生化学反应，有较好的化学稳定性，不易分解、燃烧爆炸；有较好的机械性能，能抵抗电池在加工应用过程中的外力作用，能防御锂枝晶的穿刺，提高电池安全系数；有较好的散热性能，降低电池热管理的成本等性能要求。

隔膜改性固态电解质是固态电解质的一种，主要由隔膜(聚乙烯，聚丙烯，纤维素等)和聚合物固态电解质(聚氧化乙烯，聚偏氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯等)组成。现有的商业隔膜大部分采用涂覆纳米氧化铝的聚丙烯(PP)隔膜，再以此为基础涂覆聚氧化乙烯固态电解质。这种隔膜改性的固态电解质可以有效提高电解质的机械强度和耐热性，从而延长膜的使用寿命。然而，涂覆的纳米氧化物大多存在于隔膜表面，且其在表面的分散性也需要提高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种改性隔膜、基于改性隔膜的固态电解质及其制备方法，使纳米氧化物均匀分散在隔膜上。

本发明的第一个目的是提供一种改性隔膜的制备方法，按照以下步骤制备得到：

将富含羟基的隔膜浸渍于有机溶剂A中，加入液态金属卤化物，常温下，羟基和卤族元素反应生成金属氧化物，得到改性隔膜。

优选的，有机溶剂A、液态金属卤化物的体积比为5-200:1，反应时间是4-24h。

优选的，富含羟基的隔膜为纤维素多孔隔膜、羟基改性聚乙烯隔膜或羟基改性聚丙烯隔膜。

优选的，有机溶剂A为正已烷、甲苯、二氯化碳、对二甲苯中的一种。

优选的，液态金属卤化物包括但不限于四氯化钛、三氯化硼、四氯化钒、四氯化锡。

本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的改性隔膜。

本发明的第三个目的是提供基于上述改性隔膜的固态电解质，包括改性隔膜和聚合物固态电解质膜，聚合物固态电解质膜与改性隔膜的厚度比为(1:10)～(10:1)；聚合物固态电解质膜的涂覆致密度为50-99％；

所述聚合物固态电解质膜由聚合物基底和锂盐组成，所述锂盐占聚合物基底质量的20％-80％；

基于改性隔膜的固态电解质按照以下步骤进行制备：

将聚合物基底和锂盐溶解于有机溶剂B中，搅拌均匀后涂覆在改性隔膜上，真空干燥后得到基于改性隔膜的固态电解质。

优选的，聚合物基底选用聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯中的一种。