[发明专利]一种离子液体接枝分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种离子液体接枝分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质及其制备方法。以一种分子筛咪唑框架进行接枝改性，表面接枝咪唑季铵盐离子液体，改性后纳米粒子尺寸均匀，可均匀分散于溶剂中而不发生团聚现象。将合成的咪唑季铵盐接枝分子筛咪唑框架作为填料制备复合固态聚合物电解质，多孔分子筛填料可提高复合聚合物电解质的稳定性和电化学性能。本发明的咪唑季铵盐分子筛咪唑框架可在复合聚合物电解质中分散良好，结合了分子筛咪唑框架的优良稳定性和离子液体的高离子电导率，本发明中的高性能分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质具有高的室温离子电导率和宽的电化学稳定窗口。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种离子液体接枝分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

近年来，随着便携式电子产品、新能源汽车和各类电子设备的快速发展，人们对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，发展以锂金属为负极的锂金属电池是提高电池能量密度(＞350mAh/g)的未来发展方向。固态聚合物电解质由于良好的成膜性能、与锂金属良好的相容性以及良好的安全性而受到广泛的关注，工艺成熟。目前，固态聚合物电解质所面临的挑战是室温离子电导率较低(10^-6～10^-8S/cm)，远不及商用化要求(＞10^-4S/cm)。

针对室温离子电导率不足的问题，已有研究表明，加入无机填料可提高聚合物电解质的室温离子电导率，如Al₂O₃(Journal of Power Sources,2010,195,6116-6121.)、SiO₂(Journal of Power Sources,2003,119,415-421)、ZrO₂(Journal of MaterialsChemistry A,2016,5,311-318)等。

加入多孔的金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)纳米粒子可以破坏聚合物基体的结构规整性，增加聚合物的无定形区域，从而提高复合聚合物电解质的离子电导率；MOFs材料的良好物理、化学稳定性可提高复合固态聚合物电解质的稳定性；MOFs材料表面的路易斯酸位点可吸附复合聚合物电解质中的阴离子，从而提供更多游离的锂离子进行迁移。以多孔无机填料MOF-5改性复合聚合物电解质，室温离子电导率可达3.16×10^-5S/cm(Journal of Power Sources,2013,240,653-658)。

分子筛咪唑框架(ZIFs)是一类具有沸石咪唑酯骨架结构的MOFs材料，由于ZIFs材料的良好的物理、化学性能等优势，近年来广泛运用于锂金属电池的研究。加入多孔ZIFs填料可以很好地提高复合固态聚合物电解质的电化学性能和稳定性，从而改善聚合物固态电解质室温电导率不足、机械强度低等问题，大大提高锂金属固态聚合物电池的循环稳定性。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种离子液体接枝分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质及其制备方法；以功能性分子筛咪唑框架作为功能无机填料制备的复合固态聚合物电解质可获得分散均匀的固态复合电解质，其机械性能、电化学性能可得到良好提高。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

本发明所述的离子液体接枝分子筛咪唑框架复合固态聚合物电解质(PEO/ZIF-90-g-IL)的制备方法如下：

(1)以分子筛咪唑框架ZIF-90为模板进行氨基化改性得ZIF-90-NH₂；

(2)步骤(1)所述ZIF-90-NH₂接枝含硅氧烷基团咪唑季铵盐离子液体Si-IL，得到咪唑季铵盐接枝的分子筛咪唑框架ZIF-90-g-IL；