[发明专利]一种原位合成的复合固态电解质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及化学储能领域，具体涉及一种原位合成的复合固态电解质材料及其制备方法和应用；制备方法，将无机填料加入天然高分子溶液或分散液中，并进行搅拌，得到第一混合溶液；将液体电解液加入到第一混合溶液中，并进行搅拌，得到第二混合溶液；将第二混合溶液进行成膜固化得到固态电解质；天然高分子和无机填料的质量比为20:1‑40:1。通过本方案，解决了天然高分子作为固态电解质唯一的骨架结构时，会存在结晶区较多，从而使得固态电解质的离子电导率低的问题。

技术领域

本发明涉及化学储能领域，具体涉及一种原位合成的复合固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

自1990年被索尼公司商业化以来，锂离子电池占据着极大的市场份额。与其他储能器件相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和环境友好等诸多优点。目前，锂离子电池已广泛应用于便携类电子产品、电动汽车/混合动力汽车、长期储能系统等领域。然而由于使用有机电解液，传统的锂离子电池热稳定性差、燃点低，存在易漏液、燃烧甚至爆炸等安全问题，危及人的身体健康且不利于产业化的发展。

聚合物凝胶电解质可以有效避免有机电解液带来的安全问题，也使研发出安全稳定的锂金属电池成为可能，从而大大提高电池的能量密度。聚合物凝胶电解质具有热稳定性、力学性能优异、易加工等特点，其也表现出优异的电化学性能，如良好的离子导电率、电化学窗口较宽、与电极材料适配性良好等。聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-co-HFP）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 和聚环氧乙烷（PEO） 等聚合物已在聚合物凝胶电解质中得到广泛研究。

但是聚合物凝胶电解质的原材料聚合物往往来自日益枯竭的化石燃料，同时使用的聚合物材料在自然环境的条件下通常无法降解，带来“白色污染”等环境问题。纤维素、甲壳素是自然中广泛存在的天然高分子材料，具有来源广泛、储量丰富、热稳定性好、机械性能优异、可再生、可自然降解等优势。因此利用天然高分子替换人工合成高分子来制备聚合物凝胶电解质，具有重要意义，并且为了充分体现使用天然高分子的环保特性，固态电解质中只有天然高分子作为唯一的骨架结构，而不会引入其他成分作为骨架，由于骨架成分唯一，从而大大提高了固态电解质骨架中天然高分子的比例，固态电解质更加环保。

但是，使用天然高分子作为固态电解质唯一的骨架结构，会存在结晶区多的问题，从而使得固态电解质的离子电导率低。

发明内容

本发明意在提供一种原位合成的复合固态电解质材料及其制备方法和应用，以解决天然高分子作为固态电解质唯一的骨架结构时，会存在结晶区较多，从而使得固态电解质的离子电导率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种原位合成的复合固态电解质材料制备方法，将无机填料加入天然高分子溶液或分散液中，并进行搅拌，得到第一混合溶液；

将液体电解液加入到第一混合溶液中，并进行搅拌，得到第二混合溶液；

将第二混合溶液进行成膜固化得到固态电解质；

天然高分子和无机填料的质量比为20:1-40:1。

优选的，作为一种改进，无机填料为惰性添加剂。

优选的，作为一种改进，无机填料包括二氧化硅、三氧化铝、二氧化钛或者沸石中的一种或者多种。

优选的，作为一种改进，天然高分子包括纤维素、木质素或者甲壳素中的一种或者多种。

优选的，作为一种改进，液体电解液为低蒸汽压的醚类电解液或者离子液体电解液的一种或者多种。

优选的，作为一种改进，电解液的溶剂包括TEGDME、BMITFSI的一种或者多种，电解液使用的锂盐包括LiTFSI、LiFSI的一种或者多种。

优选的，作为一种改进，成膜固化方式为：将第二混合溶液滴加到模具中，并进行冷冻干燥或者真空干燥方式中的一种操作；