一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质及其制备方法。所述分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质包括聚合物本体以及吸附离子液体的多孔分子筛咪唑框架填料和锂盐。其中,吸附离子液体的多孔分子筛咪唑框架填料能够为聚合物固态电解质提供更多的导锂离子通路，也能降低聚合物的结晶度从而提高其离子电导率；同时，分子筛咪唑框架填料表面的路易斯酸性质也能加速电解质中锂盐的解离，有利于锂离子的迁移，提高电解质的锂离子迁移数。本发明专利技术制备方法简单、高效、易规模化生产，一致性好,能够保证制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质性能和质量的稳定。聚合物固态电解质性能和质量的稳定。聚合物固态电解质性能和质量的稳定。

A molecular sieve imidazole frame doped polymer solid electrolyte and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
Research,2020,13,2259
‑
2267)，但仍难以满足固态电池在室温条件下正常运行对于离子电导率的要求。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质及其制备方法，以解决现有纯PEO聚合物固态电解质离子电导率较低以及机械性能较差的技术问题。为了改善PEO聚合物电解质的机械强度，本专利技术引入了刚性链段聚苯乙烯(PS)以聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物(PS
‑
PEO)作为聚合物固态电解质的本体。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质。该电解质包括聚合物本体，掺杂在聚合物中的分子筛咪唑框架无机纳米粒子以及锂盐。
[0008]进一步地，所述分子筛咪唑框架无机纳米填料为吸附离子液体的分子筛咪唑框架90(ZIF
‑
90@IL)，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)的至少一种，所述聚合物本体为聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物(PS
‑
PEO)。
[0009]进一步地，分子筛咪唑框架填料的质量为聚合物本体质量的5％～50％。
[0010]进一步地，锂盐的质量为聚合物本体质量的20％～100％。
[0011]进一步地，聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物中聚氧化乙烯的质量含量占10％～90％。
[0012]本专利技术还提供了上述一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质的制备方法。包括以下步骤：
[0013](1)首先将锂盐溶解于1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中得到溶液1，然后将多孔无机纳米粒子ZIF
‑
90分散于溶液1中并在真空条件下高温静置一段时间得到混合液2，待冷却至室温后，将混合液2离心分离并反复清洗，干燥后得到固体粉末ZIF
‑
90@IL。
[0014](2)将步骤(1)得到的ZIF
‑
90@IL和锂盐依次加入到有机溶剂中得到混合溶液3，然后将聚合物本体PS
‑
PEO加入到混合溶液3中得到混合溶液4，经过磁力搅拌溶解PS
‑
PEO后将混合溶液4浇铸在聚四氟乙烯模具中，待室温真空条件下溶剂挥发成型，随后在真空条件下通过加热固化得到所述分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质。
[0015]进一步地，步骤(1)中，锂盐在1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中的浓度为0.2mol/L～2mol/L。
[0016]进一步地，步骤(1)中，多孔无机纳米粒子ZIF
‑
90与1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体的用量配比为0.1g/mL～0.5g/mL。
[0017]进一步地，步骤(1)中，真空高温条件下的温度为80～180℃，时间为6h～72h。
[0018]进一步地，步骤(2)中，有机溶剂包括1,3
‑
二氧戊环、四氢呋喃、二氯甲烷、N
‑
甲基吡咯烷酮的至少一种。
[0019]进一步地，步骤(2)中，有机溶剂与聚合物本体PS
‑
PEO的用量配比为10mL/g～100mL/g。
[0020]进一步地，步骤(2)中，加热固化处理的温度为30℃～100℃，时间为3h～30h。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022](1)本专利技术提供的聚合物固态电解质中的聚合物本体为聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物(PS
‑
PEO)，相对于纯聚氧化乙烯具有更优异的机械性能，能够更好地抑制枝晶生长。
[0023](2)ZIF
‑
90@IL作为无机粒子填料可以降低聚合物的结晶度从而提高聚合物电解质的离子电导率。同时ZIF
‑
90@IL粒子的表面具有路易斯酸性质，能够加速锂盐的解离，提供更多的自由锂离子。ZIF
‑
90@IL孔穴内的离子液体能够提供锂离子传输通道，有利于锂离子的迁移，从而提高聚合物固态电解质的离子电导率和锂离子迁移数。本专利技术的分子筛咪唑框架掺杂的聚合物固态电解质的离子电导率为10
‑5～10
‑4S/cm，锂离子迁移数高达为0.45。
[0024](3)本专利技术提供的制备方法简单可控，能够很好地将无机粒子填料均匀地分散在聚合物本体中；该制备方法能够保证分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质结构和性能的一致性，易规模化生产。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的ZIF
‑
90@IL粒子扫描电镜图；
[0026]图2为实施例1制备的ZIF
‑
90@IL粒子的硫(S)元素能谱分析图；
[0027]图3为实施例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质扫描电镜平面图；
[0028]图4为实施例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质锌(Zn)元素能谱分析图；
[0029]图5为实施例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质扫描电镜截面图；
[0030]图6为实施例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质截面锌(Zn)元素能谱分析图；
[0031]图7为实施例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图及恒流极化谱图；
[0032]图8为实施例2制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图；
[0033]图9为实施例3制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图；
[0034]图10为实施例4制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图；
[0035]图11为实施例5制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图；
[0036]图12为对比例1制备的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质在室温条件下阻抗谱图及恒流极化谱图。
具体实施方式
[0037]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式和保护范围不限于此。
[0038]一种分子筛咪唑框架掺杂的聚合物固态电解质及其制备方法，包括以下步骤：
[0039]1、首先将0.0574～0.574g LiTFSI溶解于1mL 1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰
亚胺盐离子液体中得到溶液1，然后将0.1～1g多孔无机纳米粒子ZIF
‑
90分散于溶液1中并置于真空80～180℃条件下干燥6h～72h后得到混合液2，将混合液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚合物固态电解质包括聚合物本体、掺杂在聚合物中的分子筛咪唑框架填料和锂盐；所述聚合物本体为聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物。2.根据权利要求1所述的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质，其特征在于，所述分子筛咪唑框架填料的质量为聚合物本体质量的5％～50％；所述锂盐的质量为聚合物本体质量的20％～100％。3.根据权利要求1所述的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质，其特征在于，所述分子筛咪唑框架填料为吸附离子液体的ZIF
‑
90(ZIF
‑
90@IL)。4.根据权利要求1所述的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚苯乙烯
‑
聚氧化乙烯共聚物中聚氧化乙烯链段的质量含量占10％～90％。5.根据权利要求1所述的分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂的至少一种。6.权利要求1所述的一种分子筛咪唑框架掺杂聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先将锂盐溶解于1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中得到溶液1，然后将多孔无机纳米粒子ZIF
‑
90分散于溶液1中并置于真空高温条件下得到混合液2，将混合液2离心分离并清洗，干燥后得到固体粉末ZIF
‑
90@IL；(2)将步骤(1)得到的ZIF
‑
90@IL和锂盐依次加入到有机溶剂中得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝阳，覃邓林，雷志文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：