[发明专利]一种交联有机-无机纳米材料改性固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种交联型的有机‑无机复合纳米材料改性固态聚合物电解质及其制备方法。该电解质组成包括：聚合物基体、锂盐和超交联有机‑无机复合填料，所述超交联有机‑无机复合填料为有机‑无机共聚物作为反应单体通过傅‑克反应得到的核壳结构的超交联纳米粒子；该电解质是在无水无氧环境下，将超交联有机‑无机复合填料、聚合物基体、锂盐在溶剂中均匀搅拌后浇铸成型、干燥得到。本发明固态聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能，可以在较宽温度的范围内使用。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种交联型的有机-无机复合纳米材料改性固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

传统的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜及液态电解质四个关键部分组成。其中常用的隔膜材料为PE、PP等聚烯烃类微孔膜，但隔膜高温尺寸稳定性差，容易热收缩导致电池内部短路。液态电解质体系主要由电解质锂盐及碳酸酯类有机溶剂组成，大量流动的可燃性液态电解质存在泄漏的隐患，在遭受撞击、机械滥用时容易发生起火、爆炸等危险事故。针对这些问题，一些研究选择通过在聚烯烃类隔膜表面涂覆耐高温的陶瓷涂层或者在电解液中添加阻燃剂等方法进行改性。这些方法的确在一定程度上提高了电池的安全性能，但是往往存在局限性。解决上述问题的根本途径是采用固态电解质代替隔膜/液态电解质体系。

固态电解质主要分为无机固态电解质(SSEs)和固态聚合物电解质(SPEs)两类。无机固态电解质一般离子电导率较高(室温可达10^-3S·cm^-1)，但其与电极材料的界面阻抗大、界面相容性差。固态聚合物电解质(SPEs)的基本组分为聚合物基体与锂盐，其中PEO是目前最为常用的基体材料，PEO基固态聚合物电解质具有足够的柔性，具有良好的界面相容性，但由于其结晶度过高导致室温离子电导率过低(10^-8 -10^-6S·cm^-1)。通常采用无机填料掺杂、聚合物共混、交联等方法改性，但无机填料的引入容易造成其在聚合物基体中分布不均匀，简单的共混容易造成机械性能的劣化，传统的交联方法可能残留大量的单体、引发剂等，从而影响固态聚合物电解质的性能。

发明内容

本发明针对上述无机填料的引入所造成的缺陷，提供了一种交联型的有机-无机复合纳米材料改性固态聚合物电解质及其制备方法，所得固态聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案：

首先提供了一种交联有机-无机纳米材料改性固态聚合物电解质，其组成包括：聚合物基体、锂盐和超交联有机-无机复合填料，所述超交联有机-无机复合填料为有机-无机共聚物作为反应单体通过傅-克反应得到的核壳结构的超交联纳米粒子。

进一步的，所述有机-无机共聚物中的无机组分为含双键硅烷偶联剂改性的无机填料，所述有机组分为含有苯环的无规共聚物。

再进一步的，所述有机-无机共聚物采用下述方法制得：将无机填料、第一反应单体和第二反应单体，在第二交联剂、引发剂和乳化剂的作用下，进行预交联和自由基乳液聚合制得所述有机-无机共聚物；其中，所述第一反应单体为苯乙烯或不含强吸电子基团的苯乙烯衍生物，第二反应单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯或丙烯腈中的至少一种；所述无机填料为硅烷偶联剂改性的SiO₂、TiO₂或ZnO₂中的至少一种。

进一步的，所述无机填料为硅烷偶联剂KH-570改性的SiO₂。

进一步的，所述第二交联剂为邻二乙烯基苯、间二乙烯基苯或对二乙烯基苯。

进一步的，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的至少一种。

进一步的，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙或十八烷基苯磺酸钠中的至少一种。