[发明专利]一种有机无机杂化聚合物电解质、其制备和应用

说明书

本发明属于聚合物电解质领域，更具体地，涉及一种有机无机杂化聚合物电解质、其制备和应用。其首先采用氨基硅烷偶联剂对纤维素进行化学改性；然后使硅烷偶联剂改性的纤维素含有的氨基与含有溴引发位点的酰溴试剂反应，使含溴引发剂连接到所述纤维素表面，最后将具有溴引发位点的改性纤维素与单体和锂盐混合，加热引发单体聚合得到基于表面引发聚合的有机无机杂化的聚合物电解质。该聚合物电解质应用于锂电池时，其改性纤维素基底提供较好的力学支撑，使得该电解质膜具有较好的力学性能，同时，由于该纤维素基底被硅烷偶联剂所包覆，含硅的无机成分的引入，使得电解质膜的离子电导率得到提高。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，更具体地，涉及一种有机无机杂化聚合物电解质、其制备和应用。

背景技术

随着第四次工业革命的到来，人们进入了信息化时代，各种移动智能设备使得人们的生活更加便利。这些移动智能设备在工作时需要一个稳定的供能设备，而电池无疑是一个可靠的移动能源设备。锂电池由于其具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、工作温度范围广以及无记忆效应等优点受到人们的广泛研究。

传统锂电池采用有机碳酸酯作为电解液，室温离子电导率较高，但是存在易挥发、易泄露、易燃烧等安全隐患。同时，有机电解液在使用过程中容易腐蚀电极，造成容量的衰减。在传统业态电解液的基础上，又发展起来了固态电解质，其中的聚合物电解质由于其具有较好的柔性、界面性能以及安全性而受到广泛的研究。

聚环氧乙烷(PEO)基由于其具有柔性好、易加工、无毒环保、价格低廉等优点，成为商业化锂电池聚合物电解质的有力候选者之一。但是PEO在室温部分结晶，使得PEO基聚合物电解质的电导率较低，限制了其发展。为了解决这个难题，采用了接枝、共混、共聚、掺杂等方法降低其结晶度，在一定程度上提高了PEO基聚合物电解质的离子电导率。这些方法操作较为复杂，原料昂贵，但是对电解质的性能提升有限，仍然存在电导率低或锂枝晶生长等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种有机无机杂化聚合物电解质、其制备和应用，其首先采用氨基硅烷偶联剂对纤维素进行化学改性；然后使硅烷偶联剂改性的纤维素含有的氨基与含有溴引发位点的酰溴试剂反应，使含溴引发剂连接到所述纤维素表面，最后将具有溴引发位点的改性纤维素与单体和锂盐混合，加热引发单体聚合得到基于表面引发聚合的有机无机杂化的聚合物电解质。该聚合物电解质应用于锂电池时，其改性纤维素基底提供较好的力学支撑，使得该电解质膜具有较好的力学性能，同时，由于该纤维素基底被硅烷偶联剂所包覆，含硅的无机成分的引入，使得电解质膜的离子电导率得到提高。

按照本发明的一个方面，提供了一种有机无机杂化聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用氨基硅烷偶联剂对纤维素进行化学改性，使得硅烷偶联剂与纤维素之间通过C-O-Si键连接，得到硅烷偶联剂改性的纤维素；

(2)使所述硅烷偶联剂改性的纤维素含有的氨基与含有溴引发位点的酰溴试剂反应，使含溴引发剂连接到所述纤维素表面，得到具有溴引发位点的改性纤维素；

(3)将具有溴引发位点的改性纤维素与单体和锂盐的混合液混合，加热引发单体聚合得到基于表面引发聚合的有机无机杂化的聚合物电解质。

优选地，所述氨基硅烷偶联剂为氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

优选地，步骤(1)包括如下子步骤：

(1-1)将氨基硅烷偶联剂在溶剂中进行搅拌预水解，得到混合液；