聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用技术

本申请涉及一种聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用，涉及电池技术领域，聚合物固态电解质包括聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒；其制备方法包括以下步骤：将聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒混合，得到所述聚合物固态电解质；电池包括上述的聚合物固态电解质。该申请有利于提高聚合物固态电解质的离子电导率的同时简化聚合物固态电解质制备过程。备过程。备过程。

【技术实现步骤摘要】
聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用


[0001]本申请涉及电池
，尤其是涉及聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用。

技术介绍

[0002]对于能源需求不断增长消费电子和电动汽车市场，亟待开发具有可持续的高能量密度、高安全性储能装置。在所有的储能装置中，锂电池因其优秀的可逆容量而被广泛研究。然而，传统锂电池采用的液态电解液与电极之间有严重的副反应，导致其容量低，循环稳定性变差。此外液态电解液存在漏液等危险，安全性能较差。
[0003]聚合物固态电解质具有灵活、易制备、成本低、安全性好等优点，被认为是高压锂电池中最有希望实现高比能密度的候选材料。常用的聚合物基底主要有PEO和PVDF等，但其在室温的离子电导率较低，阻碍了它们的实际应用，因此需要采用共混、掺杂等方法对其进行改性。

技术实现思路

[0004]为了提高现有聚合物固态电解质离子电导率低的问题，本申请提供一种聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用。
[0005]第一方面，本申请提供的一种聚合物固态电解质采用如下的技术方案：
[0006]一种聚合物固态电解质，包括聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒。
[0007]优选的，所述十二面体ZnO颗粒与所述聚合物的质量比为0.075
‑
0.15。
[0008]优选的，所述锂盐与所述聚合物的质量比质量比为0.3
‑
0.6。更优选的，所述锂盐与所述聚合物的质量比为0.3
‑
0.5。
[0009]优选的，所述锂盐选自含氟锂盐、高氯酸锂、二草酸硼酸锂中的至少一种；更优选地，所述含氟锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种；更优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种。
[0010]优选的，所述聚合物为聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、热塑性聚氨酯、聚环氧丙烷、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈和聚碳酸乙烯酯中的至少一种。
[0011]优选地，所述十二面体ZnO颗粒的尺寸≤300nm。
[0012]第二方面，本申请提供的一种聚合物固态电解质的制备方法采用如下的技术方案：
[0013]一种聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：将聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒混合，得到所述聚合物固态电解质。
[0014]优选的，包括以下步骤：
[0015]S1、将所述聚合物溶于有机溶剂，得到溶液A；
[0016]S2、向溶液A中加入所述锂盐和所述十二面体ZnO颗粒，搅拌均匀得到混合液B；
[0017]S3、将混合液B固化得到所述聚合物固态电解质。
[0018]优选的，所述十二面体ZnO颗粒与步骤S1中溶入的所述聚合物的质量比为0.075
‑
0.15，所述锂盐与所述聚合物的质量比0.3
‑
0.6；优选地，所述锂盐与步骤S1中溶入的所述聚合物的质量比为0.3
‑
0.5。
[0019]优选的，所述步骤S1中，每100ml有机溶剂中溶有所述聚合物的量为7
‑
15g。
[0020]优选的，所述步骤S3中，固化方式采用溶液涂膜法。
[0021]优选的，所述十二面体ZnO颗粒的制备方法为：将金属Zn有机金属框架类沸石咪唑骨架结构材料在保护气氛下，以升温速度≤20℃/min升温至500℃
‑
600℃保温2小时。
[0022]优选的，所述保护气为非活性气体，更优选为氮气或氩气。
[0023]优选的，升温速度≤5℃/min。
[0024]第三方面，本申请提供的一种电池采用如下的技术方案：
[0025]一种电池，包括上述的聚合物固态电解质。
[0026]第四方面，本申请提供的一种十二面体ZnO颗粒的应用采用如下的技术方案：
[0027]十二面体ZnO颗粒在聚合物固态电解质中的应用。
[0028]综上，本申请具有以下有益技术效果：
[0029]1、十二面体结构的ZnO作为添加剂，掺入PVDF、PEO等聚合物基底中可以形成非晶态区域，降低聚合物链的结晶度和玻璃化转变温度来改变聚合物链的局部结构，有利于离子电导率的提高；
[0030]2、在十二面体结构的ZnO中，锂盐(例如LiTFSI)可在Lewis酸的作用下被解离，获得更多的游离Li
+
，限制阴离子基团的迁移；且其十二面体结构可以提供一个稳定的锂离子传输通道，降低了锂离子的扩散能垒，从而提升锂离子迁移数；
[0031]3、聚合物固态电解质的制备方法简便、工艺耗时短，成本低廉，在实际应用方面具有极为广阔的前景。
附图说明
[0032]图1为聚合物固态电解质电池循环性能图。
具体实施方式
[0033]下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
[0035]为了提高现有聚合物固态电解质的离子电导率，相关技术公开了一种原位聚合ZnO复合聚合物固态电解质及其制备方法，在酸性条件下使用KMnO4将PEO的端基氧化为羧基，采用原位合成和静电纺丝技术相结合的方法在PEO基体表面上原位生成ZnO，再与锂盐相结合制备聚合物固态电解质。上述现有技术虽然提供的聚合物固态电解质的离子电导率
有一定的提高，但是其是通过复杂的化学反应实现的，并且制备中采用了KMnO4、硫酸等强氧化剂，制作过程具有一定的危险性，操作复杂，较难进行大规模的工业生产。
[0036]本申请提供了一种聚合物固态电解质及制备方法、电池、十二面体ZnO颗粒的应用。
[0037]第一方面，本申请提供的一种聚合物固态电解质采用如下的技术方案：
[0038]一种聚合物固态电解质，包括聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒。
[0039]本专利技术提供的是一种聚合物固态电解质，其中锂盐是聚合物固态电解质中活性离子的来源，如果无锂盐，聚合物固态电解质将失去传导活性离子的作用，整个电池将无法工作。
[0040]需要说明的是，本申请中的十二面体结构的ZnO与现有的ZnO(如上述原位聚合ZnO复合聚合物固态电解质中的ZnO)相比，虽然化学式相同，但是结构完全不同，本申请中的ZnO必须是具有特殊结构的ZnO,其作为添加剂，掺入聚合物基底中可以形成非晶态区域，降低聚合物链的结晶度和玻璃化转变温度来改变聚合物链的局部结构，有利于离子电导率的提高；此外，上述原位聚合得到的聚合物固态电解质中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在于：包括聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒。2.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质，其特征在于：所述十二面体ZnO颗粒与所述聚合物的质量比为0.075
‑
0.15。3.根据权利要求1或2所述的聚合物固态电解质，其特征在于：所述锂盐与所述聚合物的质量比为0.3
‑
0.6。4.根据权利要求3所述的聚合物固态电解质，其特征在于：所述锂盐与所述聚合物的质量比为0.3
‑
0.5。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的聚合物固态电解质，其特征在于：所述锂盐选自含氟锂盐、高氯酸锂、二草酸硼酸锂中的至少一种；优选地，所述含氟锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的聚合物固态电解质，其特征在于：所述聚合物为聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、热塑性聚氨酯、聚环氧丙烷、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈和聚碳酸乙烯酯中的至少一种。7.根据权利要求1
‑
6任一所述的聚合物固态电解质，其特征在于：十二面体ZnO颗粒的尺寸≤300nm。8.一种聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚合物、锂盐和十二面体ZnO颗粒混合，得到所述聚合物固态电解质。9.根据权利要求7所述的聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将所述聚合物溶于有机溶剂，得到溶液A；S2、向溶液A中加入所述锂盐和所述十二面体ZnO颗粒，搅拌均匀得到混合液B；S3、将混合液B固化得到所述聚合物固态电解质。10.根据权利要求9所述的聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：所述十二面体ZnO颗粒与步骤S1中溶入的所述聚合物的质量比为0.075
‑
0.15，所述锂盐与所述聚合物的质量比0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，
申请(专利权)人：重庆太蓝新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：