本发明专利技术属于锂电池聚合物电解质技术领域，具体涉及一种用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，所述聚合物电解质包括具有微纳米孔结构的聚合物膜，所述聚合物膜内分布有沸石分子筛填料和纳米颗粒，所述聚合物膜的厚度为1～75μm，所述聚合物膜上微纳米孔结构的孔径为20nm～5μm，所述沸石分子筛填料具有多孔结构，所述孔结构的孔径为0.1～10nm，所述纳米颗粒的粒径为1～200nm。本发明专利技术的凝胶聚合物电解质具有高离子电导率、高锂离子迁移数、宽电化学窗口和高的热稳定性。学窗口和高的热稳定性。学窗口和高的热稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质及其制备方法和用途
[0001]本专利技术属于锂电池聚合物电解质
，具体涉及一种用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质及其制备方法和用途。
技术介绍
[0002]新能源汽车和电子设备的不断增长促进了二次电池技术的快速发展，具有高比能量密度和长循环寿命的锂离子电池在二次电池市场占据着统治地位。电解质是锂离子电池必不可少的关键材料之一，电解质直接影响着锂离子电池的循环寿命和安全性。
[0003]液态有机电解液(例如碳酸酯基电解液)的电导率高、界面兼容性优异，但存在锂离子迁移数低、漏液、易燃、易爆等安全性问题。固态聚合物电解质具有稳定性好、循环寿命长、机械性能优异等优点，能有效降低漏液与燃烧爆炸等安全性问题，但也存在室温电导率较低、电化学窗口窄、界面阻抗相对较大的问题。常用的无机固态电解质的安全性最高，但室温离子电导率偏低、界面电阻偏高、机械加工性能较差。
[0004]凝胶聚合物电解质具有较高的室温离子电导率，同时又具有良好的加工性能和电极电解液界面相容性，但其锂离子迁移数较低。低的锂离子迁移数会导致阴离子更容易在正负极表面富集，增大电极极化和阴离子分解概率，影响锂离子电池的循环和倍率性能。此外，大量研究表明，在金属锂电池中，高的锂离子迁移数能够有效抑制锂枝晶的成核生长，提高金属锂电池的循环寿命。因此，高锂离子迁移数的凝胶聚合物电解质成为研究热点。
[0005]目前研究人员主要通过在电解质中添加金属有机框架(MOF)和共价有机框架(COF)来限制阴离子的移动，从而提升锂离子的迁移数。然而MOF和COF等材料存在着合成过程复杂、成本昂贵、不易规模化等问题。
技术实现思路
[0006]为改善上述技术问题，本专利技术提供了一种用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，包括具有微纳米孔结构的聚合物膜，所述聚合物膜内分布有沸石分子筛填料和纳米颗粒。
[0007]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物膜的厚度为1～75μm，优选地，所述聚合物膜的厚度为1～50μm，更优选地，聚合物膜的厚度为5～25μm。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物膜上微纳米孔结构的孔径为20nm～5μm，优选地，所述聚合物膜上微纳米孔结构的孔径为100nm～4μm，更优选地，所述聚合物膜上微纳米孔结构的孔径为1μm～3μm。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述沸石分子筛填料具有多孔结构，所述孔结构的孔径为0.1～10nm，优选地，所述多孔结构的孔径为0.2～6nm，更优选地，所述多孔结构的孔径为0.5～3nm。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述纳米颗粒的粒径为1～200nm，优选地，所述纳米颗粒
的粒径为1～150nm，更优选地，所述纳米颗粒的粒径为5～100nm。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物膜由聚合物纤维构成网状交联结构，优选地，所述沸石分子筛填料粘附在聚合物纤维上，所述纳米颗粒粘附在聚合物纤维和沸石分子筛填料上。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物纤维构成的网状交联结构具有基本如图1所示的SEM图。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物电解质具有基本如图2或图3所述的SEM图。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物纤维通过聚合物原料共混或共聚形成，所述聚合物原料选自包括聚合物单体和/或聚合物，所述聚合物纤维例如为聚合物单体共聚物、聚合物共混物、聚合物与聚合物单体的共聚物。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物选自包括聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
HFP)、聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚碳酸丙烯酯(PPC)、聚碳酸乙烯酯(PEC)中的一种或几种。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物单体选自包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGMA)、2
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(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(DMAEMA)中的一种或几种。
[0017]根据本专利技术的实施方案，所述沸石分子筛填料选自ZSM
‑
5分子筛、USY分子筛、MCM
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41分子筛和SAPO
‑
11分子筛中的一种或几种。
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述无机纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铝中的一种或几种。
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述聚合物电解质中填充有电解液，优选地，所述聚合物电解质具有凝胶结构。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述液态电解液选自包括液态酯类电解液或液态醚类电解液中的一种，例如为LiPF6‑
EC/DEC/DMC(1:1:1)+1％FEC、LiPF6‑
EC/DEC/EMC(1:1:1)、LiPF6‑
EC/DMC(1:1)+1％VC或LiTFSI
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DME/DOL(1:1)+1％LiNO3。
[0021]本专利技术还提供上述聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0022]1)使用聚合物原料和沸石分子筛制备具有分子筛的多孔聚合物薄膜；
[0023]2)将纳米颗粒溶于电解液，加入具有分子筛的多孔聚合物薄膜，得到复合结构凝胶聚合物电解质。
[0024]作为一个实例地，所述步骤1)中使用聚合物原料和沸石分子筛制备具有分子筛的多孔聚合物薄膜包括：
[0025]将聚合物原料溶于溶剂得到混合溶液，将混合溶液制成聚合物薄膜，向所述聚合物薄膜中引入沸石分子筛，得到多孔聚合物薄膜材料。
[0026]优选地，所述将混合溶液制成聚合物薄膜通过静电纺丝技术进行。
[0027]优选地，向聚合物薄膜中引入沸石分子筛通过抽滤法进行。
[0028]作为另一个实例地，所述步骤1)中使用聚合物原料和沸石分子筛制备具有分子筛的多孔聚合物薄膜包括：
[0029]将聚合物原料溶于溶剂得到混合溶液，向混合溶液中加入沸石分子筛并混合均匀得到共混溶液，将共混溶液制成多孔聚合物薄膜。
[0030]优选地，所述将共混溶液制成多孔聚合物薄膜通过流延膜法进行。
[0031]根据本专利技术的实施方案，所述溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮，优选地，所述N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1:1～1:10，更优选地，所述N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1:2～1:8，例如为1:3、1:4、1:5、1:6、1:8、1:9。
[0032]根据本专利技术的实施方案，所述混合溶液中聚合物原料的质量浓度为0.15g/ml～0.35g/ml，优选为0.2g/ml～0.3g/ml。
[0033]根据本专利技术的实施方案，所述多孔聚合物薄膜中沸石分子筛的质量分数为0.1％～20％，优选地，所述多孔聚合物薄膜中沸石分子筛的质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，其特征在于，其包括具有微纳米孔结构的聚合物膜，所述聚合物膜内分布有沸石分子筛填料和纳米颗粒。优选地，所述聚合物膜的厚度为1～75μm，所述聚合物膜上微纳米孔结构的孔径为20nm～5μm，所述沸石分子筛填料具有多孔结构，所述孔结构的孔径为0.1～10nm，所述纳米颗粒的粒径为1～200nm。2.根据权利要求1所述用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物膜由聚合物纤维构成网状交联结构，所述沸石分子筛填料粘附在聚合物纤维上，所述纳米颗粒粘附在聚合物纤维和沸石分子筛填料上。3.根据权利要求1所述用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物纤维构成的网状交联结构具有基本如图1所示的SEM图。优选地，所述聚合物电解质具有基本如图2或图3所述的SEM图。4.根据权利要求1至3任一项所述用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物纤维通过聚合物原料共混或共聚形成，所述聚合物原料选自包括聚合物单体和/或聚合物，所述聚合物纤维例如为聚合物单体共聚物、聚合物共混物、聚合物与聚合物单体的共聚物。根据本发明的实施方案，所述聚合物选自包括聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物(PVDF
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HFP)、聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚碳酸丙烯酯(PPC)、聚碳酸乙烯酯(PEC)中的一种或几种。优选地，所述聚合物单体选自包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGMA)、2
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(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(DMAEMA)中的一种或几种。优选地，所述沸石分子筛填料选自ZSM
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5分子筛、USY分子筛、MCM
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41分子筛和SAPO
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11分子筛中的一种或几种。优选地，所述无机纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铝中的一种或几种。5.根据权利要求1至3任一项所述用于锂电池的复合结构凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中填充有电解液，优选地，所述聚合物电解质具有凝胶结构。优选地，所述液态电解液选自包括液态酯类电解液或液态醚类电解液中的一种，例如为LiPF6‑
【专利技术属性】
技术研发人员：李念武，于乐，杨海霞，王禹，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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