[发明专利]具有多重Li+传导通路的复合有机固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多重Li⁺传导通路的复合有机固态电解质及其制备方法，该方法首先通过静电纺丝的方式，制备出有序排列的无机固态电解质纳米线，然后将聚合物、锂盐和无序排列的陶瓷纳米粒子混合，制备均匀溶液并将该溶液浇注在有序排列的无机固态电解质纳米线上。最后将上述复合体系进行干燥处理。本发明将有序排列的无机固态电解质纳米线和陶瓷纳米粒子有机结合，共同作为有机固态电解质的增强材料，有序排列的无机固态电解质直接提供长程有序的Li⁺传输通路，同时，陶瓷纳米粒子增加聚合物的自由链段的数量和增强链段的运动能力，显著增加了有效的Li⁺传输路径，提高Li⁺的传输速率，有效解决了传统有机固态电解质室温离子电导率和Li⁺迁移数低的难题。

技术领域

本发明涉及的是一种具有多重Li⁺传导通路的复合有机固态电解质及其制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。

技术背景

高性能、安全并且经济的能量储存方式是目前许多领域的追求目标，人们将希望寄托于迅速发展的二次锂离子电池及新材料。随着对锂离子电池安全性和高能量密度要求的不断提升，人们将目光逐渐转向全固态锂离子电池。用固态电解质代替传统液体电解质是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂离子电池的根本途径。

有机固态电解质，通常由极性高分子和金属盐络合而成，因其具有高的安全性、力学柔性、黏弹性、易成膜、形状可调、比重轻、成本低等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件用最具潜力的电解质之一。但是，有机固态电解质室温离子电导率较传统液态电解质低几个数量级，严重影响了其在锂离子电池中的应用。

研究发现，纳米填料可以提高有机固态电解质的离子电导率和Li⁺迁移数。根据增强机制(影响聚合物自由链段数量及运动情况、直接提供Li⁺传输通路等)的不同可以将纳米填料分为惰性填料和活性填料，惰性填料如陶瓷材料，和活性填料如无机固态电解质材料。无机固态电解质纳米线有序排列时比无规取向时对离子电导率的增强高出一个数量级。但以往工作结果表明，单一填料或单一增强机制难以获得令人满意的结果，所得固态电解质离子电导率较液体电解质仍有较大差距，同时，Li⁺迁移数也较低。目前室温离子电导率最高仍低于10^-5S·cm^-1(BaTiO₃增强PEO体系、Li_0.33La_0.557TiO₃增强PAN体系等)。

发明内容

本发明的目的在于针对目前有机固态电解质离子电导率和Li⁺迁移数低的问题，提供一种具有多重Li⁺传导通路的复合有机固态电解质及其制备方法，目的在于提高有机固态电解质的离子电导率和Li⁺迁移数，为全固态电池的制备奠定基础。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明技术方案提供了一种具有多重Li⁺传导通路的复合有机固态电解质，其特征在于：该电解质由聚合物、锂盐、有序排列的无机固态电解质纳米线和无序排列的陶瓷纳米粒子组成，其质量比按以上顺序为：1:(0.1～0.5):(0.03～0.15):(0.03～0.15)；

所述聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或几种的混合物；