[发明专利]一种溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质及其方法

说明书

本发明涉及一种溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质及其方法，属于固态电解质制备领域。方法包括：将聚(偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯)、锂盐和添加剂混合后加入溶剂中，得到混合溶液A；将多孔碳粉末超声分散到溶剂中得到混合溶液B；将混合溶液A和混合溶液B混合，得到前驱体浆料；将前驱体浆料在真空除泡机中除泡，转移至模具中干燥。本发明的溶剂化锂离子作为聚合物电解质的载流子，同时起到了塑化剂作用，极大程度的提升了聚合物离子电导率。然而，较高浓度的溶剂化锂离子使聚合物电解质力学性能显著下降。而多孔碳的复合，在不损失这种聚合物电解质中高离子电导率的情况下，又显著增强了聚合物电解质的力学强度与可加工性。

技术领域

本发明涉及一种溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质及其方法，属于固态电解质制备领域。

背景技术

锂金属是已知锂基电池技术的最佳阳极材料，具有最高体积能量密度和最高重量能量密度。然而，锂电池里存在的副反应与可燃有机液体电解质的可燃性和泄露问题，仍然对其在电动汽车中的应用埋下了安全隐患。为了克服上面提到的液态电解质在锂金属电池存在的问题，近年来对固体电解质的研究越来越丰富，以取代液体电解质。聚合物电解质用于锂电池的挑战主要来自离子导电性差。聚合物电解质一般通过非晶区的聚合物连段运动与锂离子结合、解离传输离子，这一固有性质极大地限制了普通聚合物电解质的离子导电性，从而限制了其实际应用。为了满足实际需求，聚合物/无机材料复合电解质(CPEs)和凝胶聚合物电解质(GPEs)的被广泛的设计与研发。复合聚合物电解质的设计是为了融合不同材料的优点与克服单一体系的缺点。复合电解质一般包括聚合物-惰性填料复合电解质和聚合物-活性陶瓷复合电解质。此外，凝胶电解质也是一种常见的复合电解质，它在聚合物基体中加入可控、不泄露的液体或液态电解质，通过融合小分子有机物的优势，牺牲材料的力学性能来提高离子导电性，也可以提高电池性能和安全性从而引起了广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种安全性高且电化学性能优异的溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质及其方法。本发明从溶剂化锂离子增强聚合物基体锂离子电导率的视角出发，以多孔碳作为力学填料，解决了传统聚合物电解质离子电导率低，稳定性差，制备工艺复杂等问题，实现了高离子电导率的复合聚合物电解质的制备。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质的制备方法，具体如下：

S1：将生物质材料与碳酸氢钾混合，在惰性气氛下加热，制备得到多孔碳粉末；将聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、锂盐、添加剂和溶剂分别干燥备用；

S2：将干燥的所述聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、锂盐和添加剂混合后，加入所述溶剂中，加热搅拌后，得到混合溶液A；将所述多孔碳粉末超声分散到所述溶剂中，得到混合溶液B；

S3：将所述混合溶液A和混合溶液B混合，加热搅拌使两者充分分散，得到前驱体浆料；

S4：将所述前驱体浆料在真空除泡机中除泡至再无气泡产生，得到无气泡前驱体浆料；

S5：将所述无气泡前驱体浆料转移至模具中，干燥后得到溶剂与多孔碳增强复合聚合物电解质。

作为优选，所述生物质材料为纤维素，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，添加剂为硝酸锂，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

作为优选，所述多孔碳粉末的制备方法具体如下：

将生物质材料与碳酸氢钾按照质量比1:4混合，在惰性气氛下，以15℃/分钟的速率升温至800℃，随后在800℃下保温1小时，自然冷却至室温，用去离子水与乙醇交替超声洗涤，干燥后得到多孔碳粉末。

进一步的，所述混合溶液A中，聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、锂盐和添加剂的混合质量比为6：4：1；溶剂与聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)的比例为9ml:1g。