[发明专利]一种刚柔并济型复合全固态聚合物电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种刚柔并济型复合全固态聚合物电解质的制备方法，涉及全固态聚合物电解质技术领域，包括以下步骤：将纳米SiO₂分散到聚氧化乙烯溶液中，然后加入聚合物锂盐，搅拌，最后将TPU基多孔纤维膜浸入其中，真空干燥，即得。相较于纯PEO基全固态聚合物电解质，本发明制得的复合全固态聚合物电解质中TPU基多孔纤维膜为其提供了优异的力学性能与热稳定性，纳米SiO₂共混改性后的PEO基体为Li⁺传导提供通道，改善了复合聚合物电解质的综合电池性能，具有良好的充放电性能及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及全固态聚合物电解质技术领域，尤其涉及一种刚柔并济型复合全固态聚合物电解质的制备方法。

背景技术

传统液态锂离子电池虽然具有许多优点，但其安全问题始终无法彻底解决。因此，为了彻底解决液态有机电解质锂离子电池存在的安全问题，用全固态电解质代替液态电解质制备得到的全固态锂离子电池是下一代锂离子电池的重要发展方向之一。与传统液态锂离子电池相比，其优势主要有：(1)完全没有液体存在，消除了电池易燃、易爆的安全问题；(2)无需封装液体，电池组装和密封变得简单，一定程度提高了生产效率和能量密度；(3)可以叠加多个电极，有望制备大电压单体电池；(4)电化学窗口宽，可以匹配多种高电压正极材料，进一步提高电池的能量密度和功率密度。由于全固态电池的这些优点，吸引了世界各国科研团队的目光。

在众多固态聚合物材料中，聚氧化乙烯(PEO)因具有优异的溶解锂盐能力而被广泛关注，其PEO-Li体系被认为是最有可能实现全固态锂离子电池商业化的聚合物体电解质体系。但是PEO髙结晶性限制了Li⁺传输，使得PEO基固态聚合物电解质室温下离子电导率低。同时PEO较差的力学性能，使其组装的电池在循环过程中会因锂枝晶生长而造成电池短路。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种刚柔并济型复合全固态聚合物电解质的制备方法，其具有良好的力学性能、热稳定性与综合电池性能。

本发明提出的一种刚柔并济型复合全固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米SiO₂分散到聚氧化乙烯溶液中，然后加入聚合物锂盐，搅拌，最后将TPU基多孔纤维膜浸入其中，真空干燥，即得。

优选地，包括以下步骤：将聚氧化乙烯溶于去离子水中，然后加入纳米SiO₂水分散液，超声分散1～4h，再加入聚合物锂盐，20～60℃下搅拌4～24h，得PEO/SiO₂溶液，最后将TPU基多孔纤维膜浸入PEO/SiO₂溶液中，取出，转入40～80℃真空烘箱中干燥8～24h，再转入60～120℃真空烘箱中烘干至恒重，再转入手套箱中放置1～4周待用。

优选地，所述聚氧化乙烯为分子量100000、500000、1000000的聚氧化乙烯中的一种或一种以上，优选分子量500000的聚氧化乙烯。

优选地，所述纳米SiO₂水分散液的固含量为30％，SiO₂的粒径为3nm。

优选地，所述纳米SiO₂和聚氧化乙烯的质量比为0.5-15：100。

优选地，所述聚合物锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸锂、六氟磷酸锂中的一种或一种以上，优选双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

优选地，所述TPU基多孔纤维膜是以热塑性聚氨酯弹性体为原料，经静电纺丝法制备得到的，具体制备步骤如下：将热塑性聚氨酯弹性体加入N,N-二甲基甲酰胺中，80～120℃下搅拌，冷却，加入丙酮，得纺丝液，采用静电纺丝法制备多孔纤维膜，控制纺丝液浓度为10～20％、电压为10～25kV、接收器的距离为10～20cm，将制备的多孔纤维膜置于60～100℃真空烘箱中，干燥12～36h至恒重后转入手套箱中，即得。