[发明专利]一种有机-无机杂化聚合物固体电解质材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机-无机杂化聚合物固体电解质材料及其应用，属于锂离子电池材料领域。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、体积小、无记忆效应等优点，成为最具有发展潜力的能源之一。目前已经应用于军事国防、电动汽车、便携式数码设备等多个领域，同时对其性能的要求也越来越高。目前，国内外商品化锂离子电池大多数使用有机液态电解质，由于电解质是液态，易发生起火，燃烧的事故，故其使用温度一般限制在60℃以下。在某些极限环境和特殊领域，如在石油勘探，井下作业，医疗行业等，只能使用一次电池，电池的频繁更换对作业过程造成很大的干扰。固体电解质克服了液态电解质的安全性问题，同时具有较高的热稳定能和电化学稳定性，具有在高温等特殊环境下工作的潜力。但目前研究的固态电解质材料都达不到高温、高倍率条件下稳定的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中锂离子电池存在高温（大于60℃）、高倍率条件下循环稳定性不好，安全性能差的问题，目的是在于提供一种用于制备在高温、高倍率条件下具有高充放电比容量和稳定电化学循环性能的电池的有机-无机杂化聚合物固体电解质材料。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的固体电解质材料的应用，所述固体电解质材料制备的全固态锂离子电池，在高温、高倍率条件下具有较高的稳定的充放电比容量，且循环性能好。

本发明提供了一种有机-无机杂化聚合物固体电解质材料，该固体电解质材料由以下质量份组分组成：

导锂聚合物20～70份，

金属-有机框架5～50份，

锂盐10～60份；

所述的金属-有机框架为MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-22、ZIF-69、ZIF-90、NAFS-1、MIL-47、CAU-1、MIL-101(Cr)、CPO-27-Mg,CPO-27-Mn,CPO-27-Co,CPO-27-Ni,CPO-27-Zn、Mn(HCOO)₂、Co(HCOO)₂、Ni(HCOO)₂中的一种。

优选的金属-有机框架为MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、MIL-47、CPO-27-Mg、CPO-27-Mn、CPO-27-Co、CPO-27-Ni、CPO-27-Zn、MIL-101(Cr)、Mn(HCOO)₂、Co(HCOO)₂、Ni(HCOO)₂中的一种。

所述金属-有机框架的参考以下文献制备得到：

MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)：T.Loiseau,C.Serre,C.Huguenard,G.Fink,F.Taulelle,M.Henry,T.Bataille,and G..Chem.Eur.J.2004,10,1373±1382.

MOF-5：Li.H.lian,M.Eddaoudi,T.L.Groy,and O.M.Yaghi.J.Am.Chem.Soc.,Vol.120,No.33,1998.

CPO-27-M(M=Mg,Mn,Co,Ni,Zn)：P.D.C.Dietzel,Y.Morita,R.Blom and H.Angew.Chem.Int.Ed.,2005,44,6358.

HKUST-1：S.S.Y.Chui;Lo,S.M.F.;J.P.H.Charmant;A.G.Orpen;I.D.Williams,Science1999,283,1148-1150.

ZIF-(1～10)：X.C.Huang;Y.Y.Lin;J.P.Zhang;X.M.Chen,Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,1557–1559.和K.S.Park;Ni.Z;A.P.Cote;J.Y.Choi;R.Huang;F.J.Romo;H.K.Chae;O’Keefe,M.;O.M.Yaghi Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2006,103,10186.