[发明专利]一种复合聚合物凝胶固态电解质、其制备方法及锂金属电池应用

权利要求书

1.一种复合聚合物凝胶固态电解质的制备方法，所述复合聚合物凝胶固态电解质包括高分子微囊、高分子聚合物和有机电解液；所述高分子微囊为囊腔直径为400nm，囊壁厚度为15~150 nm的微囊结构；其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）通过Stöber法制备纳米硅球，并向所述纳米硅球中加入硅烷偶联剂，得到带有双键的硅球；

（2）向所述带有双键的硅球中加入高分子单体，通过沉淀共蒸馏法使高分子单体聚合在所述带有双键的硅球上，得到核-壳微球；其中，向所述带有双键的硅球中加入质量分数为0.25%~0.75%的乙腈溶液，加入质量分数为1%~3%高分子单体，所述高分子单体为体积分数20%~40%聚乙二醇甲基丙烯酸酯、20%~40%甲基丙烯酸和20%~40%二甲基丙烯酸乙二醇酯；相对于高分子单体，引发剂为质量分数为2%~4%偶氮二异丁氰；回流时间为1~2 h，蒸馏出乙腈质量分数为30%~50%；

（3）将所述核-壳微球用氢氟酸溶液刻蚀得到高分子微囊，具体步骤为：将2 mL氢氟酸（HF）溶液中加入0.2g核-壳微球静置刻蚀2 h，以至于可完全地选择性去除二氧化硅球模板，使用去离子水离心、洗涤至溶液中性，于烘箱内烘干得到高分子微囊；所述高分子微囊中的二氧化硅球模板被完全地选择性去除；

（4）以所述高分子微囊为填料，加入到高分子基质中得到复合聚合物薄膜，所述高分子基质为聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述复合聚合物薄膜为高分子微囊的二甲基甲酰胺分散液中加入质量分数10%~20%聚偏氟乙烯-六氟丙烯的二甲基甲酰胺，然后倒入聚四氟乙烯板内，加热挥发溶剂，得到所述复合聚合物薄膜，高分子微囊质量分数为1%~10%，所述复合聚合物薄膜厚度为20~150 μm；

（5）将所述复合聚合物薄膜置于不同有机电解液中凝胶化，得到复合聚合物凝胶固态电解质。

2.根据权利要求1所述的复合聚合物凝胶固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，Stöber法为正硅酸乙酯在碱性催化剂的催化作用下，发生水解反应生成硅羟基Si-OH，相互脱水缩聚从而得到二氧化硅球。

3.根据权利要求1所述的复合聚合物凝胶固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，基于体积分数占比，反应原料为50%~80%无水乙醇、10%~20%去离子水、5%~15%氨水、5%~15%正硅酸乙酯；反应温度为25~40 ^oC；反应时间为4-8 h，得到的纳米硅球直径为50~500 nm。

4.根据权利要求1所述的复合聚合物凝胶固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，硅烷偶联剂为3-（异丁烯酰氯）丙基三甲氧基硅烷；加入体积分数为0.2%~0.5%的硅烷偶联剂；反应温度为25~40 ^oC；反应时间为4-8 h。

5.根据权利要求1所述的复合聚合物凝胶固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述复合聚合物凝胶固态电解质中凝胶化使用的有机电解液为1 M的六氟磷酸锂溶于碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯=1:1 v%和1 M的双三氟磺酰亚胺锂溶于1，3-二氧戊环/乙二醇二甲醚=1:1 v%。

6.一种如权利要求1所述的制备方法得到的复合聚合物凝胶固态电解质在磷酸铁锂锂金属电池、三元锂金属电池和锂硫电池中的应用。