[发明专利]一种锂电池固态电解质及制备方法、电解质膜及其应用

权利要求书

1.一种锂电池固态电解质材料，其特征在于：

该固态电解质材料是一种有机-无机杂化聚合物材料，由有机-无机杂化材料基体、无机纳米填料和锂盐组成；该有机-无机杂化材料基体由金属/非金属烷氧化物（或金属无机盐）等前驱体在催化剂的作用下水解，然后再与聚环氧乙烷(PEO)通过交联反应制备得到。

2.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的聚环氧乙烷(PEO)相对分子质量在1×10⁴ ～1×10⁷之间；聚环氧乙烷分子链端含有羟基；聚环氧乙烷在有机-无机杂化聚合物固态电解质中的质量分数为10%～99%。

3.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的金属/非金属烷氧化物（或金属无机盐）等前驱体为Si、Ti、Al、Zr等元素对应的烷氧化物（或无机盐）的一种或者几种，具体包括但不限于：正硅酸乙酯、钛酸四丁酯、铝酸三甲酯、四正丙基锆酸酯、硅烷偶联剂、异丙醇铝、硝酸铝、氯氧化锆等；所述的前驱体在有机-无机杂化聚合物固态电解质中的质量分数为0.1%～50%。

4.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的金属/非金属烷氧化物（或金属无机盐）等前驱体通过水解作用，形成表面含有大量活性羟基的纳米团簇；纳米团簇表面的羟基与聚环氧乙烷链端的羟基之间，通过交联脱水形成有机-无机杂化结构；同时，纳米团簇表面的羟基与聚环氧乙烷主链上的氧原子之间，通过氢键的作用形成有机-无机杂化结构。

5.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的水解催化剂为酸溶液或碱溶液的一种或者几种，包括但不限于：盐酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、氨水、NaOH、KOH等；该催化剂在有机-无机杂化聚合物固态电解质中的质量分数为0.001%～1%。

6.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的无机纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、纳米高岭土、纳米蒙脱石中的一种或几种，无机纳米填料在有机-无机杂化聚合物固态电解质中的质量分数为1%～30%。

7.根据权利要求1所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质材料，其特征在于：

所述的锂盐为LiBOB、LiFP₆、LiBF₄、LiBF3Cl、LiODFB、LiTFSI的一种或几种，锂盐在有机-无机杂化聚合物固态电解质中的质量分数为1%～50%。

8.一种权利要求1～7任意一项所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：

(1) 将聚环氧乙烷（PEO）高分子溶于溶剂，充分搅拌获得均匀的PEO溶液；

(2) 向上述均匀的溶液中加入金属/非金属烷氧化物（或金属无机盐）等前驱体，继续搅拌至混合均匀；

(3) 向上述均匀溶液中加入酸（或碱）催化剂催化水解过程，继续搅拌获得均匀的有机-无机杂化材料溶液；

(4) 向上述均匀的有机-无机杂化材料溶液加入干燥剂或吸水剂，充分脱水后，过滤分离出脱水剂，获得无水的有机-无机杂化材料溶液；

(5) 向上述均匀的有机-无机杂化材料溶液中加入无机纳米填料和锂盐，继续搅拌获得均匀的电解质浆料；

(6) 将上述均匀的电解质浆料通过卷对卷的涂布工艺，涂布到商业的离型膜基材上，充分干燥后获得有机-无机杂化聚合物固态电解质。

9.根据权利要求8所述的有机-无机杂化聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：

所述溶剂为乙腈、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或四氢呋喃中一种或几种。