[发明专利]一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及固态电解质技术领域，特别涉及一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质及其制备方法。本发明通过高温裂解法制备得到的氮化硼为纳米级纤维状材料，比表面积高达1036m²/g，能提供较多活性位点，将多孔氮化硼纳米纤维作为增强组分与聚环氧乙烷和双三氟甲基磺酸亚酰胺锂共混，制备得到多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质。其中优选的1％BNNF/PEO/LiTFSI在30℃下的离子电导率达到1.4×10^‑5S/cm，在对称电池中稳定循环超过1800h，此外还具有良好的力学性能，充分说明本发明制备的固态电解质具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，特别涉及一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质及其制备方法。

背景技术

作为一种很有前景的储能方式，锂金属电池由于其较高的理论比容量和较低的化学电位而受到越来越多的关注。然而锂金属电池如若使用有机电解液存在一系列安全隐患，由于电解液本身具有易燃性且易在金属负极处形成锂枝晶，进而容易引起电池短路。而固态电解质可操作性温度范围宽，热稳定性好，能在物理上阻碍锂枝晶的生长，因此，利用固态电解质替代有机电解液是解决上述安全隐患的有效途径之一。

聚环氧乙烷(PEO)具有良好的锂离子溶剂化效果、优异的加工性能和低成本等优点，被认为是一种重要的固态聚合物电解质基体。然而，由于PEO室温下离子电导率低于10^-5S/cm，力学性能较差，限制了其应用。基于此，需要对PEO进行改性，常用的改性方法有化学改性和物理改性，化学改性是将PEO或PEO的衍生物与聚合物共聚或交联，物理改性是添加聚合物或无机填料与PEO共混。其中，向PEO基体加入微纳米尺寸的无机填料已有较多研究，无机填料的加入可有效降低结晶度从而提高离子电导率，同时也能提高基体的力学性能。

氮化硼具有优异的热稳定性和化学稳定性，氮化硼纳米片由于具有较高的比表面积而在固态电解质领域得到一定的研究，但由于掺杂氮化硼纳米片的薄膜容易产生裂纹而导致固态电解质力学性能不佳，因此需要一种高比表面积和不易导致薄膜碎裂的氮化硼材料，以提高聚环氧乙烷基固态电解质的离子电导率和力学性能。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质的制备方法，通过高温裂解法制备得到高比表面积的多孔氮化硼纳米纤维，并将其用于增强聚环氧乙烷基固态电解质，制备得到一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质。

本发明的第二个目的在于提供上述制备方法制备得到的多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质的应用，本发明制备的固态电解质具有较大的离子电导率、较好的力学性能和长循环稳定性，在固态电解质领域具有广泛应用。

本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：

一种多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质的制备方法，具体为：首先通过高温裂解法制备得到多孔氮化硼纳米纤维，然后将多孔氮化硼纳米纤维分散于有机溶剂中，再依次加入双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和聚环氧乙烷制成混合溶液，最后经成型得到多孔氮化硼纳米纤维增强的聚环氧乙烷基固态电解质。

优选地，多孔氮化硼纳米纤维的制备方法为：将三聚氰胺和硼酸溶于水，室温下搅拌至有絮状沉淀完全析出后，干燥得到前驱体，将前驱体高温煅烧，得到多孔氮化硼纳米纤维。

优选地，三聚氰胺和硼酸的摩尔比为1:1.5-3。

优选地，三聚氰胺和硼酸溶于水时加热的温度为78-82℃。

优选地，高温煅烧在氩气和氢气混合气氛下进行，煅烧的温控程序为以5℃/min的速度升温至1050℃并保温4h。

优选地，多孔氮化硼纳米纤维占三氟甲基磺酸亚酰胺锂和聚环氧乙烷总质量的0.5％-5％，混合溶液干燥成型的时长为3-4天。