[发明专利]一类柔性固态聚合物电解质的制备方法及应用

说明书

本发明公布了一类柔韧性和热稳定性均较好固态聚合物电解质的制备方法及其在锂电池中的应用。所述固态聚合物电解质的制备方法至少包括：由链接纳米颗粒的聚合物交联网络与另一种聚合物单体、导电盐和引发剂在分子水平上均匀分布得到前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆于基材或电极表面，通过聚合的方法制备了包含纳米颗粒的固态聚合物电解质。该方法可控性强、操作简便具有很好的应用前景。该方法得到的固态聚合物电解质由于纳米粒子的引入使得聚合物电解质具有较好的柔韧性，同时另一种聚合物的协同增强使得固态聚合物电解质又具有较好的热稳定性和优异的离子电导率。

技术领域：

本发明涉及一类链接纳米粒子的固态聚合物电解质及其在锂电池中的应用。

背景技术：

随着环境污染日益严峻，化石燃料日益匮乏，清洁、方便、安全的电化学储能技术的研发占据更加重要的地位。锂电池以其高能量密度、高功率密度和较快的充放电等受到越来越多的关注，金属锂作为锂电池的负极具有较高的能量密度(3860mA h g^-1)，但是锂金属液态电池较差的安全性，极大的限制了锂金属电池的发展。全固态锂金属电池中用具有一定机械强度的固态电解质取代了可燃性电解液，及疏松多孔的隔膜，从而解决了液态锂金属电池中存在的电解液的泄露，燃烧和枝晶导致的短路等引起的安全问题，并且具有一定柔韧性的聚合物电解质还可以实现电池的形状多样性及柔性器件的制备。

然而由于单一一种聚合物的层层规则堆垛使得聚合物具有较好的结晶度和机械强度，但是却很大程度上限制了聚合物的链段运动能力，具有较低的离子电导率，因此出现了聚合物电解质中常常提到的机械性能和离子电导率之间的矛盾。

在之前的研究中，本发明人通过将一定比例的两种或多种聚合物单体、导电盐和引发剂在分子水平上混合均匀形成前驱体溶液，涂覆、聚合形成固态聚合物电解质，所得聚合物电解质使得机械性能和热稳定性较好维持的同时，提高了聚合物链段的运动能力和离子电导率。为了进一步对产品性能进行改善，本发明人通过使用化学链接的方法对其进一步改善，获得了优异的突出的性能的聚合物电解质产品。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供一种柔韧性好且热稳定性高的链接有纳米粒子的聚合物电解质，该聚合物电解质含有在分子水平上混合均匀的两类及以上聚合物网络，所述聚合物为链状、树枝状、星型、梳型聚合物。

本发明的第二个目的是提供一种固态聚合物的金属离子和金属电池，该电池包括正极、负极、固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质位于正极和负极之间，其中所述固态聚合物电解质为本发明提供的电解质。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

本发明首先提供一种柔性固态聚合物电解质，其由链接纳米颗粒的聚合物交联网络与另一种聚合物单体、导电盐和引发剂在分子水平上均匀分布得到前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆于基材或电极表面，通过聚合的方法制备了包含纳米颗粒的固态聚合物电解质，所述前驱体溶液是10％-90％的一种或多种含纳米颗粒的前驱体A与10％-90％的含有不同官能团且不互相反应的一种或多种前驱体B，前驱体A带有官能团a，前驱体B带有官能团b，纳米颗粒带有官能团c，官能团a是环氧基、氨基或亚氨基、羧基、羟基，官能团c选自氨基、亚氨基、环氧基、羟基或羧基,官能团c能够与官能团a反应，官能团b与官能团a、官能团c不相同且不反应，官能团b是含有一个或多个不饱和双键、不饱和三键、烯属不饱和键的丙烯酸酯、叠氮官能团、氰基。