[发明专利]一种基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质及其应用

说明书

本发明公开了一种基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质及其应用，该电解质是在ZIFs修饰玻璃纤维上填充聚合物与锂盐，其可以用在固态锂离子电池或者固态锂空气电池中。本发明合成的聚合物固态电解质，改善了热稳定性、化学稳定性以及离子传导率，提高了电池循环稳定性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于固态电解质制备技术领域，尤其涉及一种基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质及其应用。

背景技术

随着对交通运输(电动汽车)、便携式电子设备和其它应用在高能量密度存储系统的需求不断增长，促使人们对可充电电池进行深入探究。常用于锂离子电池中的液体电解质泄漏燃烧导致的安全问题屡见不鲜，因此，开发高安全性﹑高能量密度及宽温度使用范围的全固态锂离子电池具有十分重要的意义。

聚合物固态电解质(SPEs)因具有灵活性高、成本低、可塑性强、与金属锂的界面兼容性优良等优点，被认为是最有应用前景的新型电解质。然而，聚合物基体的高结晶度会使离子迁移较差，导致离子电导率较低，这是该电解质面临的最大难题。此外，聚合物电解质的机械强度不足以抑制锂枝晶的生长，枝晶生长通常会导致容量降低，更严重的是电池内部短路。

近年来，金属有机框架(MOFs)在电解质中的应用受到了广泛的关注。得益于MOFs可控的化学成分、可调的孔隙结构和表面功能，其金属空位与聚合物链和锂盐的阴离子相互作用，使MOFs为合成高设计性和高性能电解质提供了巨大的可能。ZIFs是由二价金属离子(Zn²⁺、Co²⁺等)与咪唑基配位体通过络合作用组装形成的一类纳米晶体材料，属于MOFs材料中的一个子系列，结合了天然沸石和金属框架材料的结构优点，改善了热稳定性和化学稳定性。然而，ZIFs应用在固态电解质中仍然存在界面稳定性不足的问题。玻璃纤维(GF)具有孔隙率大、吸收率高、机械强度高、热化学稳定性好等优点，被广泛应用于液体锂电池的隔膜。

发明内容

基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质及其应用，旨在有效地提高电解质中Li⁺的传输效率，使高能量密度的固态锂离子电池开发成为可能。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种ZIFs修饰玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将Zn和Co的至少一种的金属盐溶解在溶剂中，获得溶液A；将2-甲基咪唑溶解在溶剂中，获得溶液B；

步骤2、将裁剪后的玻璃纤维浸泡在溶液B中，然后边搅拌边缓慢滴加溶液A，常温静置12～24h，取出玻璃纤维并洗涤、干燥，即获得ZIFs修饰玻璃纤维。

进一步地，所述金属盐与所述2-甲基咪唑的投料摩尔比为1:0.1～10。

进一步地，所述的溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和去离子水中的一种。

本发明还公开了一种基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质，是将含有聚合物和锂盐的溶液反复渗透并干燥在所述ZIFs修饰玻璃纤维中。

所述基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质的制备方法为：将聚合物和锂盐溶解在溶剂中，搅拌均匀备用；将ZIFs修饰玻璃纤维放置在聚四氟乙烯(PTFE)模具中，在充满Ar的手套箱中反复用上述溶液渗透后，再经干燥，即获得基于ZIFs修饰玻璃纤维的聚合物固态电解质。

进一步地，所述的聚合物为聚氧乙烯PEO、聚偏氟乙烯PVDF、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和聚丙烯腈PAN中的至少一种。

进一步地，所述的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂﹑二氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂和草酸磷酸锂中的至少一种。