[发明专利]一种固态电解质膜、制备方法和用途与包含它的锂电池

说明书

本发明属于聚合物固态电解质膜技术领域，特别涉及一种固态电解质膜、制备方法和用途与包含它的锂电池。所述固态电解质膜包含：由聚乙二醇二丙烯酸酯、经甲基丙烯酸酐修饰的金属有机骨架材料和季戊四醇四(3‑巯基丙酸)酯交联聚合而成的聚合物网络；分散在所述聚合物网络中的锂盐。本发明还公开了上述固态电解质膜的制备方法和用途，及包含它的锂电池。本发明通过将MOF和聚合物通过化学键连接，制备混合固态聚合物电解质，该设计方法可以合成超强超韧的聚合物电解质材料，是目前所报道的聚合物固态电解质中机械性能最好的一种，同时在室温下，将锂离子的离子电导率提高到超过10^‑5S/cm。

技术领域

本发明属于聚合物固态电解质膜技术领域，特别涉及一种固态电解质膜、制备方法和用途与包含它的锂电池。

背景技术

锂离子电池(LIB)由于其高能量密度和良好的长期稳定性而被广泛用于便携式数字设备(如移动电话，照相机和笔记本电脑)和新能源汽车。然而，由于液态电解质热稳定性差，容易泄漏，可燃，限制了液体电解质LIB的应用。因此，解决这些问题的一个重要方法是寻找具有高安全性，优异的电化学性能和优异倍率性能的新型固态电解质。迄今为止，固态聚合物电解质(SPE)已被提议作为LIB最有希望的候选物之一，因为其综合性能优异，例如优异的灵活性和高安全性。事实上，最具代表性的SPE之一是基于线性聚环氧乙烷(PEO)，PEO基SPE因其高安全性，高能量密度和良好的电化学稳定性而得到了广泛的研究。然而，低室温离子电导率(10^-7至10^-6S/cm)以及和电极之间的高界面接触电阻限制了其在LIB中的应用。

通过添加无机填料可以提高SPE的离子电导率以及降低界面接触阻抗。无机颗粒通过降低PEO的结晶度极大地促进了电荷载体的迁移。此外，已经证明纳米级填料的路易斯酸性表面可以增强与阴离子的相互作用，这对于锂盐离解是有益的。具有高比表面积的纳米无机材料可以吸附电解质中的杂质，有利于改善SPE与电极的界面接触以及电化学稳定性。

与传统的无机纳米粒子相比，金属有机骨架(MOF)是一种由有机配体连接的中心金属离子或无机簇组成的配位网络结构材料，同时具有无机和有机物质特性。该材料广泛应用于传感器、催化、气体储存和分离、药物输送、膜合成等领域。此外，MOF不仅表现出与无机沸石填料相似的性质，如高热稳定性、大比表面积、纳米级颗粒和微孔结构，但因为其具有独特的有机官能团，MOF可以很容易进行后修饰，研究人员通过开发基于MOF的聚合物电解质来改善离子电导率和界面相容性。

然而，据我们所知，所有应用于聚合物基全固态电解质的MOF填料都只是与聚合物简单的物理混合，这就会增加不确定因素，比如分布不均匀，团聚等。此外，所有的LIB中使用的基于MOF的全固态电解质由于其低离子电导率和高界面电阻而只能在高温(通常高于60℃)下运行。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

本发明第一方面提供一种用于室温下的固态电解质膜，所述固态电解质膜包含：

由聚乙二醇二丙烯酸酯、经甲基丙烯酸酐修饰的金属有机骨架材料和季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯交联聚合而成的聚合物网络；

分散在所述聚合物网络中的锂盐；

其中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸酐修饰的金属有机骨架材料不直接连接。

优选地，所述交联聚合方式为：季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯作为中间体，两端分别连接经甲基丙烯酸酐修饰的金属有机骨架材料和聚乙二醇二丙烯酸酯来构成网络结构。

优选地，所述聚合物网络结构的交联聚合方式以结构式表示，如下所示：

其中，所述A和B、B和C之间均以C-S-C键连接；