[发明专利]一种固体电解质膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于碱金属电池技术领域，具体涉及一种固体电解质膜及其制备方法与应用。本发明提供一种固体电解质膜，由包括有机聚合物、有机碱金属盐、光引发剂、光固化剂、有机溶剂和无机纳米填料的原料制备得到；所述有机聚合物包括聚偏氟乙烯和/或聚偏氟乙烯‑六氟丙烯，所述有机溶剂为所述有机聚合物和有机碱金属盐的良溶剂。本发明提供的固体电解质膜通过聚偏氟乙烯和/或聚偏氟乙烯‑六氟丙烯的有机聚合物和有机碱金属盐、无机纳米填料的共同作用，能够提供良好的锂离子传输通道，具有高离子电导率、宽电化学窗口和良好的离子迁移数，能够运用到现有的碱金属离子电池以及碱金属空气电池。

技术领域

本发明属于碱金属电池技术领域，具体涉及一种固体电解质膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂电池使用易燃的液态电解液，容易发生电解液泄漏和电池着火事件，因此对电解质提出了更高的安全要求。传统固体聚合物电解质的离子导电性低，但研究发现，当把有机溶剂添加到固体电解质中时，原来的固体电解质变成了凝胶状电解质。这种凝胶聚合物电解质(GPE)的电导率比原来的固体电解质提高了2个数量级。因为加入的有机溶剂能降低高聚合物链的玻璃化温度Tg，增加聚合物链的活动能力。凝胶聚合物电解质主要由有机溶剂、聚合物、以及锂盐几部分组成，它兼具液体电解质的高导电率和固体聚合物电解质的安全性，因此凝胶聚合物电解质被认为是最具有发展潜力的高性能锂离子电池及锂空气电池用电解质材料，也是解决锂离子电池及锂空气电池安全性的重要途径。

但是，传统的凝胶聚合物电解质的离子导电率仍然有待进一步提高，才能满足锂电池高功率密度应用的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固体电解质膜及其制备方法与应用。本发明提供的固体电解质膜具有优异的离子电导率和化学稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固体电解质膜，由包括有机聚合物、有机碱金属盐、光引发剂、光固化剂、有机溶剂和无机纳米填料的原料制备得到；所述有机聚合物包括聚偏氟乙烯和/或聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述有机溶剂为所述有机聚合物和有机碱金属盐的良溶剂。

优选的，所述无机纳米填料包括纳米SiO₂颗粒、纳米TiO₂颗粒、纳米Al₂O₃颗粒和纳米导电陶瓷颗粒中的一种或多种。

优选的，所述纳米导电陶瓷颗粒包括纳米锆酸镧锂Li₇La₃Zr₂O₁₂及其衍生物和/或纳米磷酸钛铝锂Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃及其衍生物。

优选的，所述无机纳米填料的粒径为20～300nm。

优选的，所述有机溶剂包括第一有机溶剂和第二有机溶剂，所述第一有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮和四氢呋喃中的一种或多种；所述第二有机溶剂为四乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。

所述第一有机溶剂和第二有机溶剂的质量比为(1～3):(1～4)。

优选的，所述有机聚合物与第一有机溶剂的质量比为(1～3)：(1～5)；所述有机碱金属盐与所述第二有机溶剂的质量比为(1～4)：(1～3)。

优选的，所述无机纳米填料占所述固体电解质膜的质量百分含量为1～90％。

本发明提供了上述技术方案所述固体电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

将所述原料混合得到混合料；

将所述混合料光固化，得到所述固体电解质膜。

优选的，所述混合包括以下步骤：