[发明专利]一种含有分子筛的全固态复合聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含有分子筛的全固态复合聚合物电解质，所述的全固态复合聚合物电解质包括聚氧化乙烯、金属锂盐和分子筛；其中，聚氧化乙烯与锂盐的质量比为30：1‑15，分子筛占聚氧化乙烯的质量的百分比为3‑10％。本发明所述的含有分子筛的全固态复合聚合物电解质通过在PEO聚合物溶液中原位加入一定比例和粒径的分子筛混合物，可以实现在纳米尺寸上的有机/无机复合改性，有效抑制PEO的结晶；选择大小粒径适宜，混配的分子筛可有效形成离子通路，提高固态电解质和导电性和组装成电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于全固态复合聚合物电解质领域，尤其是涉及一种含有分子筛的全固态复合聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、环境污染低等优点，已经得到了广泛应用，然而商业化的锂离子电池中使用的是有毒、易燃的有机电解液，在电池热失控情况下极易发生燃烧、爆炸。因此利用固态电解质来替代电解液，不但可以有效地解决安全问题，还能够缓解锂枝晶造成的短路问题，从而可以采用高容量金属锂作为电池负极，有望提升锂电池的能量密度。

目前，固态电解质可以分为无机固态电解质和有机聚合物固态电解质。其中聚合物电解质具有轻质、易成膜、电化学窗口宽、与正负极界面相容性好等优点，并且可以通过涂布工艺批量生产，与目前的锂电池制造工艺能够很好的匹配。

在诸多有机聚合物固态电解质中，由于聚氧化乙烯(PEO)能够与锂盐形成稳定的络合物，易于实现离子传导的结构特征而备受关注。然而由PEO与碱金属盐形成的全固态聚合物电解质在室温时具有较高的结晶相，所形成的电解质也只能在高温下才能使用，因而其实际应用受到限制，此外，室温下PEO的导电率较差，仅为10^-7-10^-6S/cm，因此需要通过在PEO复合纳米粒子改性，可以抑制PEO的结晶度，有效提高PEO的电导率。

分子筛就是其中常见的一种掺杂复合纳米粒子。但是现有技术中并没有对分子筛的种类进行筛选。如果选择的分子筛不适宜，反而会起到反效果。选择的分子筛粒径过小，分子筛由于彼此间的静电引力发生聚集成二次大粒子，会影响固态电解质的成膜过程，表面会形成“类鼓包”，无法组装电池；选择的分子筛硅铝比过大，由于硅的导电性较差，反而会影响固态电解质的导电性。

分子筛种类繁多，按照粒径大小可分为纳米、微米级分子筛，按照硅铝比可分为X、Y、A型分子筛，按照分子筛内氧环的氧原子数目可分为八元环、十元环及十二元环等，通过进一步筛选分子筛的种类，可以在有机聚合物固态电解质搭建起适宜的离子通道。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种含有分子筛的全固态复合聚合物电解质及其制备方法，提高固态电解质的导电性和组装成电池的电化学性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种含有分子筛的全固态复合聚合物电解质，所述的全固态复合聚合物电解质包括聚氧化乙烯、金属锂盐和分子筛；其中，聚氧化乙烯与锂盐的质量比为30：1-15，分子筛占聚氧化乙烯的质量的百分比为3-10％。

进一步，所述的分子筛由粒径为30-100nm与粒径为3-10μm的分子筛以1-10:1的质量比混合而成。

进一步，粒径为30-100nm的分子筛为ZSM-5分子筛、TS-1分子筛、MCM-22分子筛、3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X-AGP分子筛或ZSM-5分子筛中的至少一种；粒径为3-10μm的分子筛为MCM-41分子筛。

采用粒径分级的分子筛以特定比例组成和复合分子筛混合物，大粒径的分子筛起到支持固态电解质网络的作用，防止锂枝晶穿透电解质，从而导致短路；小粒径的分子筛起到搭建离子通路的作用，增强电解质导电率。

大粒径分子筛过多，粒径过大，会阻碍固态电解质内的离子通路；而小粒径的分子筛过多，粒径过小，又会发生一次粒子聚集，从而导致固态电解质的鼓包等问题。