[发明专利]一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质的制备

说明书

一种基于无机‑有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质的制备，所述聚合物固态电解质由聚环氧乙烷(PEO)、无机‑有机杂化分子材料、锂盐构成。通过搅拌前驱体浆料，浇注，热压成膜等步骤制备而成，方法简单可行，易于规模化。功能添加剂的加入使聚合物固态电解质膜兼具刚性及柔韧性，赋予固态电解质与极片间优异的界面兼容性，促进离子稳定地沉积/剥离。无机‑有机杂化分子材料中的特定基团可与锂盐阴离子相互作用，促进锂盐解离，增加载流子数目，进而提高固态电解质的离子导电性。因此，聚合物固态电解质室温离子电导率可达10^‑4S cm^‑1，可将其应用于全固态锂电池体系。

技术领域

本发明涉及电解质领域，尤其涉及一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质的制备。

背景技术

固态电解质(SSEs)具有良好的安全性和机械性能，可以有效抑制锂枝晶，提高电池的库伦效率及循环寿命；且其具有宽的电化学稳定窗口，可匹配高压正极材料，提高电池的能量密度。PEO基固态电解质(PEO-SSEs)因其具有良好的柔韧性和络合锂盐的能力而受到广泛的关注。然而，锂离子在PEO-SSEs中要么以锂盐形式存在，要么与PEO链段配位，能够自由移动的锂离子数目较少，限制了PEO-SSEs离子电导率的提高，不利于其在全固态电池体系中的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质的制备，在PEO-SSEs中引入无机-有机杂化分子材料作为功能添加剂，无机-有机杂化分子带有特定基团如：-OH、-COOH、-NH₂基团等，可以与碱金属盐中的阴离子形成氢键，从而起到锚定阴离子，促进锂盐解离，增加载流子数目的作用，从而提高离子导电性。制备的聚合物固态电解质在室温下，离子电导率可达10^-4S cm^-1。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质，聚合物固态电解质由PEO、无机-有机杂化分子材料、锂盐构成，具体地，所述聚合物固态电解质包括以下组分：PEO和锂盐按摩尔比10:1～18:1，无机-有机杂化分子材料按质量百分比3％～10％；

上述功能添加剂为铝氧分子材料(AlOC)、铁氧分子材料(FeOC)、钼氧分子材料(MoOC)、钨氧分子材料(WOC)中的一种或多种无机-有机杂化分子材料。

一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质膜的具体制备步骤：将预处理后的无机-有机杂化分子粉末加入PEO@锂盐溶液(PEO和锂盐的混合溶液)中，均匀搅拌，通过浇筑、干燥、热压得到基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质膜。

进一步地，上述无机-有机杂化分子的预处理步骤：首先将准备好的无机-有机杂化分子样品用玛瑙研钵研磨成细小的粉末，加入到乙腈溶剂中，用针尖超声破碎仪超声，让粉末均匀分散；再对分散后的悬浊液进行抽滤，得到的固态样品放入真空烘箱中60℃烘干，最后将干燥后的样品再次研磨成粉末状，并使用筛网除去团聚尺寸较大的颗粒。

进一步地，基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质膜的制备步骤：首先称取锂盐和PEO置于20mL样品瓶中，加入乙腈溶剂，加热搅拌，得到PEO@锂盐溶液；称取质量百分比为3％～10％的AlOC粉末于10mL样品瓶中，加入0.5mL乙腈，超声90min后，将其缓慢加入搅拌均匀的PEO@LiTFSI溶液中，40～60℃下搅拌24～36h。之后将上述溶液浇筑于聚四氟乙烯板上，在加热台上烘干乙腈溶剂，静置老化12～24h，最后撕下膜进行热压，制成一种基于无机-有机杂化分子功能添加剂的PEO基聚合物固态电解质膜，膜的厚度约为70～90μm，以上操作过程在手套箱或干燥室(湿度小于0.1％)中进行。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：