[发明专利]一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态膜、柔性固态电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于化学交联金属‑有机框架材料的柔性固态膜、柔性固态电解质膜及其制备方法，该柔性固态膜包括一定配比的如下组分制成：含有化学交联位点的金属‑有机框架材料、聚丙二醇和聚乙二醇二缩水甘油醚；所述化学交联位点为环氧基团。柔性固态膜进一步负载金属离子后制得柔性固态电解质膜，其界面阻抗较小，离子电导率高，具有柔性，离子传导稳定，离子传导效率高，可有效抑制阴离子的迁移，具有高达0.8的离子迁移数，能有效抑制锂枝晶的生长。本发明制得柔性固态电解质膜组装成的固态离子电池后，电池容量大，循环性能和倍率性能优异。

技术领域

本发明涉及固态电解质材料技术领域，更具体地，涉及一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态膜、柔性固态电解质膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量高、体积小、重量轻、循环寿命长、储电量大和环境友好等优点，成为研究的热点。自锂离子二次电池商业化应用以来，电解质主要以液态形式存在，但液态电解质存在诸多安全问题，如溶剂易燃、有毒、热稳定性差，锂枝晶生长严重，电极界面副反应导致发热甚至爆炸，电池进入循环时，阴离子的迁移将加剧电池内部的极化，降低了电池的寿命。而固态电解质更为安全可靠，能量密度高，可抑制枝晶生长。

固态电解质材料分为有机固态电解质和无机固态电解质两种。有机固态电解质柔性好，界面接触好，但离子电导率低。传统的无机固态电解质离子电导率高，但没有柔性，且存在界面阻抗大、无机颗粒间离子传输困难的界面问题，界面问题会导致离子在固态电解质中传导出现不稳定的现象，在电池的性能中表现出容量时高时低。因此，开发同时具备柔性、高离子电导率、较小界面阻抗和离子传导效率高的固态电解质材料仍然是一个挑战。

中国专利CN110085909A公开了一种复合固体电解质材料及其制备方法和应用，该材料是由导离子聚合物、金属-有机框架材料MOF-235、MIL-68等、碱金属或其盐通过物理复合制得的无机固态电解质，在45℃下的离子电导率为7.5×10^-5S/cm，且金属-有机框架材料、导离子聚合物之间存在明显的物理界面，离子在金属-有机框架材料颗粒之间、金属-有机框架材料和导离子聚合物之间的界面传导效率不高，因而应用于固态电池仍存在离子电导率不足(未能达到10^-4S/cm数量级)、界面阻抗大、高倍率下容量低且衰减快的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是固态电解质材料不能同时具备高离子电导率、较小界面阻抗、高界面传导效率的缺陷和不足，提供一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态膜，进一步负载金属离子后制得柔性固态电解质膜，其离子电导率高，界面阻抗较小，离子传导效率高，同时离子迁移数高，有利于金属离子迁移，有效抑制阴离子的传导，可用于组装固态电池，电池高倍率下容量高且衰减慢，可延长电池使用寿命。

本发明的又一目的是提供一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态电解质膜。

本发明的另一目的是提供一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态电解质膜的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于化学交联金属-有机框架材料的柔性固态膜，包括如下组分制成：含有化学交联位点的金属-有机框架材料、聚丙二醇和聚乙二醇二缩水甘油醚；所述化学交联位点为环氧基团，其中含有化学交联位点的金属-有机框架材料的质量占柔性固态膜质量的60％～90％；其中聚丙二醇、聚乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比为1:1～4。