[发明专利]一种金属有机框架复合有机固态电解质及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属有机框架复合有机固态电解质及其制备方法与应用，包括以下步骤：（1）将光引发剂和锂盐加入到单体中，搅拌，得到透明澄清的液体；（2）将金属有机框架加入到步骤（1）的透明澄清的液体中，搅拌混合，得混合浆料；（3）将步骤（2）中的混合浆料涂覆在极片上，在紫外灯下光照，使单体发生自由基聚合反应，得到复合有机固态电解质。本发明用金属有机框架复合梳形聚合物，结合梳形聚合物支化结构的快速传输离子的特性与金属有机框架的纳米孔吸附效应，提高了固态电解质的离子电导率。使用本发明中的复合有机固态电解质的电池的离子电导率高达9.9×10^‑5 S cm^‑1。

技术领域

本发明涉及全固态锂离子电池技术领域，具体为一种金属有机框架复合有机聚合物固态电解质及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类社会的飞速发展，一系列全球性的资源生态问题日益凸显，比如传统化石能源危机、环境污染、气候变暖等。在面对当前严峻的形势下，发展绿色高效的新能源可有效缓解人类社会发展与环境资源的矛盾

。锂离子电池由于具有环境友好、质轻体积小、能量密度高、循环寿命长等优势，逐渐成为新能源领域的焦点。

目前，商业化的锂离子电池普遍使用液态电解质或凝胶电解质。由于这两类电解质含有机溶剂，存在一些潜在的问题。一方面，有机溶剂在电池充放电过程中会参与反应，在电极表面反复形成固态电解质界面层，造成电池循环时容量的衰减。另一方面，电池在循环充放电中会形成锂枝晶，导致电池短路发热，而且有机溶剂可能泄露燃烧，可能引发起火甚至爆炸等危险，存在安全隐患。相对于液态电解质和凝胶电解质，固态电解质可以赋予锂离子电池较高的安全性能和循环稳定性。

固态电解质分为有机与无机两大类。无机固态电解质存在界面阻抗大、成本较高等问题。而有机固态电解质具有柔性、易加工、界面阻抗小、成本较低等优势，具有较大的商业化应用潜质。但是，室温下过低的离子电导率与较低的电化学窗口限制了有机固态电解质的应用，例如聚环氧乙烷基固态电解质在室温的离子电导率约为10^-7S cm^-1，电化学窗口只有3.9V左右。研究表明，支化结构有利于离子传输，而且用纳米填料复合聚合物可以提高有机固态电解质的离子电导率，比如在聚氧化乙烯中加入纳米二氧化硅、分子筛等，提高了聚氧化乙烯的离子电导率。

发明内容

本发明的目的在于解决目前有机固态电解质离子电导率较低的问题，提供了一种金属有机框架复合有机固态电解质及制备方法与应用。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供了一种金属有机框架复合有机固态电解质的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体气氛中，

(1)将光引发剂和锂盐加入到单体中，避光搅拌，得到透明澄清的液体；

(2)将金属有机框架加入到步骤(1)的透明澄清的液体中，搅拌混合，得混合浆料；

(3)将步骤(2)中的混合浆料涂覆在极片上，在紫外灯下光照，使单体发生自由基聚合反应，得到复合有机固态电解质。

优选地，步骤(1)中光引发剂为安息香双甲醚或光引发剂1173；

锂盐为六氟磷酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂；

单体为甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯。

优选地，步骤(1)中搅拌的时间为3～4h。

优选地，步骤(2)中金属有机框架为2-甲基咪唑锌盐ZIF-8；

优选地，步骤(2)中所述搅拌的时间为5～6h。

优选地，步骤(3)中所述极片为不锈钢片；紫外灯的功率为80～120W，光照时间为1～1.5h。