[发明专利]PEO基聚合物/陶瓷复合材料、电解质、电池正极制备方法

说明书

本发明提供了PEO基聚合物/陶瓷复合材料、电解质、锂空气电池正极及其制备方法，所述PEO基聚合物/陶瓷复合材料包括以所述PEO基聚合物/陶瓷复合材料重量计，60～85wt％三元交联聚合物和15～40wt％无机陶瓷粉末，所述无机陶瓷粉末填充于所述三元交联聚合物中；其中，所述三元交联聚合物的原料包括：以所述三元交联聚合物的重量计，40～60wt％的聚氧化乙烯、25～40wt％的聚乙二醇二丙烯酸酯和10～30wt％的二乙烯基苯，所述无机陶瓷粉末的粒径D90为0.5～5微米。本发明的PEO基聚合物/陶瓷复合材料和电解质具有高的导电性能和机械性能。

技术领域

本发明属于锂空气电池技术领域，特别涉及PEO基聚合物/陶瓷复合材料、电解质、电池正极制备方法。

背景技术

锂空气电池是一种以锂作负极，以氧气作为正极反应物的电池。与锂离子电池相比，锂空气电池具有更高的能量密度。整体上而言，锂空气电池可以分成六类：有机体系、水体系、离子液体体系、有机-水双电解质体系、全固态体系和锂空气超级电容电池。

诸如有机体系、水体系、有机-水双电解质体系等的液态锂空气电池存在易漏及工作状态受重力影响大等缺点。为了解决这些缺点，固态电解质应运而生，其中以PEO为代表的聚合物电解质由于其具有优秀的锂离子导率和良好的化学稳定性而成为了热门的研究方向。

然而，纯PEO的机械强度不足，分子链活性不佳，对锂离子的传输有影响，限制了它在锂空气电池中的应用。

因此，仍需要对PEO聚合物电解质进行改性处理，以增强其性能。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供PEO基聚合物/陶瓷复合材料、电解质、锂空气电池正极及其制备方法，本发明的PEO基聚合物/陶瓷复合材料和电解质具有高的导电性能和机械性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

第一方面，本发明提供了PEO基聚合物/陶瓷复合材料，其中，所述PEO基聚合物/陶瓷复合材料包括以所述PEO基聚合物/陶瓷复合材料重量计，60～85wt％三元交联聚合物和15～40wt％无机陶瓷粉末，所述无机陶瓷粉末填充于所述三元交联聚合物中；其中，所述三元交联聚合物的原料包括：以所述三元交联聚合物的重量计，40～60wt％的聚氧化乙烯(PEO)、25～40wt％的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和10～30wt％的二乙烯基苯(DVB)，所述无机陶瓷粉末的粒径D90为0.5～5微米。

本申请发明人发现，以PEGDA和DVB为交联剂，使PEO、PEGDA和DVB形成三元交联结构，同时填充无机陶瓷粉末，提高了机械强度，并且在本发明的PEO基聚合物/陶瓷复合材料中浸润电解液后形成的电解质具有高的电导率。不希望受理论限制，认为，交联共聚抑制了PEO的结晶，提高了PEO链段的运动能力，进而提高了传导锂离子的活性，聚合物的交联使得到的三元交联聚合物的机械强度大幅上升。进一步地，在三元交联聚合物的内部填充无机陶瓷粉末，不仅可以进一步提升机械强度，还有助于在其边界处形成孔隙，使填充有无机陶瓷粉末的三元交联聚合物能够充分吸收电解液，进而提高电导率，并且电解液被吸收、填充，由于吸附作用可以避免电解液过快挥发的问题。

根据本发明提供的PEO基聚合物/陶瓷复合材料，其中，聚氧化乙烯(PEO)的结构如式I所示：

其中，m为自然数。

本发明中，可以采用本领域中已知的聚氧化乙烯。所述聚氧化乙烯的重均分子量可以为200,000～1,000,000g/mol。在一些实施方案中，聚氧化乙烯的重均分子量可以为200,000～800,000g/mol，以及在一些实施方案中为400,000～600,000g/mol。

根据本发明提供的PEO基聚合物/陶瓷复合材料，其中，聚乙二醇二丙烯酸酯的结构如式II所示：