[发明专利]多孔PEO基固态电解质材料及其制备工艺

说明书

本发明涉及电解质技术领域，尤其涉及多孔PEO基固态电解质材料及其制备工艺。可以使用聚环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂为原料制得多孔材料或以聚环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂为PEO基电解质材料的PEO基底掺杂无机锂离子载体或在掺杂无机锂离子载体的基础上进一步掺杂增塑剂得到更多多孔PEO基固态电解质材料。该材料具有微米级孔隙，结晶度低，其上的无机锂离子载体分布更均匀，具有高离子电导率并且电化学稳定性高。

技术领域

本发明涉及电解质技术领域，尤其涉及多孔PEO基固态电解质材料及其制备工艺。

背景技术

为满足商业化需求，电解质需要同时拥有高离子电导率、高电化学稳定性、高机械强度、便于加工处理及安全性高等特点。

与传统的液态电解质相比，固态电解质不存在漏液和爆炸这一安全问题，因此由固态电解质组装的电池能够表现出足够好的安全性。

现有的单一无机固态电解质虽然热稳定性好、寿命长，但是其结构脆弱、易失效；单一有机电解质虽然导电性能好，电化学稳定性强，但是其热稳定性差、易被水分影响；并且现有的单一无机或有机固态电解质均成本较高，制备复杂。而复合固态电解质能够同时发挥无机和有机固态电解质的作用，有望满足上述要求。PEO(聚环氧乙烷)基复合固态电解质重量轻、柔韧性高并且与电极接触时具有良好的界面接触，但在环境温度下，PEO固态电解质有着比较多的结晶区域，在此区域内聚合物链段不能运动，严重影响着锂离子在电解质内部的传导。

将无机离子导体(如Li₆PS₅Cl、LLZO、Li_0.33La_0.557TiO₃等)引入到PEO基复合固态电解质中可以通过分散聚合物周围的团聚链段来抑制PEO固态电解质的结晶。但对于易团聚的无机填料，其在粘性PEO溶液中难以均匀分散，且PEO与填料之间的相互作用也会对离子电导率有所影响。此外，可以通过添加增塑剂(如丁二腈(SN)、聚乙二醇(PEG)、硼酸酯、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC))提高电解质的非晶区域，但增塑剂的加入会造成电解质机械强度降低使电池安全性降低。另外，多孔聚合物膜(如(PVDF-HFP)、多孔聚酰亚胺(PI)、PTFE膜和海藻酸纤维)可以被用来提高固态电解质的机械强度、离子传导效果和电池循环过程中的稳定性。然而它们的大量生产受到了相对复杂的技术过程的限制。

所以，为了提供一种固态电解质离子迁移数、界面稳定性和机械强度较高的电解质材料，本领域技术人员还需付出不懈努力。

发明内容

本发明的目的在于提供多孔PEO基固态电解质材料及其制备工艺，得到一种固态电解质离子迁移数、界面稳定性和机械强度较高的电解质材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种多孔PEO基固态电解质材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤1)包含以下方案：

方案1：将聚环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂及溶剂混合后搅拌12～30h；

方案2：将聚环氧乙烷、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯及溶剂混合后搅拌8～14h，再加入无机锂离子导体和偶氮二异丁腈搅拌10～14h；

方案3：将聚环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂及溶剂混合后搅拌8～14h，加入增塑剂并搅拌10～14h，再加入无机锂离子导体搅拌10～16h；

步骤2)：将步骤1)所得混合溶液静置4～8h；

步骤3)：对步骤2)所得溶液加热至60～90℃，得到所述多孔PEO基固态电解质材料。

可选地，步骤1)中所述聚环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂中，环氧乙烷与双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的锂离子的摩尔比独立地为1：10～20；