一种复合聚合物电解质膜及其制备方法与电池与流程

本发明涉及电池，具体的，涉及一种复合聚合物电解质膜及其制备方法与电池。

背景技术：

1、聚合物电解质相比于无机电解质具备良好的柔性、可加工性及与电极的界面相容性，目前主流的聚氧化乙烯（peo）基电解质，但peo在室温下结晶度高，导致离子传导通道受限，室温离子电导率通常为10-8~10-7s/cm，远低于实际应用所需的10-4s/cm，peo基电解质膜具有柔韧性但力学强度低，难以有效抑制锂枝晶的生长与穿透，存在安全隐患。

2、为解决这一问题，现有技术的方案是引入无机填料，如二氧化硅（sio2）、氧化铝（al2o3）等，其虽能在一定程度上降低peo结晶度，提升电解质膜的离子电导率、力学强度和抗枝晶能力，但还存在室温离子电导率低的问题，而且无机填料对枝晶抑制效果有限，影响聚合物电解质膜性能的提高。

3、因此，需要提出一种复合聚合物电解质膜及其制备方法与电池，提高聚合物电解质膜的综合性能。

技术实现思路

1、本发明提出一种复合聚合物电解质膜及其制备方法与电池，以解决或缓解上述问题中的至少一个问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提出一种复合聚合物电解质膜，包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的无机填料和锂盐；所述聚合物基体具有复合网络结构，由聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯互穿得到。

4、优选地，所述聚合物基体的原料包括质量比为1~6:1~4:1~4的聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯，且聚氧化乙烯的添加量大于热塑性聚氨酯的添加量。

5、优选地，所述无机填料的添加量为聚氧化乙烯质量的5%~10%，所述锂盐与聚氧化乙烯的质量比为1:10~30。

6、优选地，所述无机填料为多巴胺改性无机颗粒。

7、优选地，所述多巴胺改性无机颗粒的原料中无机颗粒包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁、勃姆石中的一种或多种。

8、优选地，所述无机颗粒的粒径为300~500nm。

9、优选地，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或多种。

10、本发明还提出一种复合聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

11、将聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯加入到溶剂中溶解后，得到聚合物母液；

12、向聚合物母液中加入锂盐混合后，加入无机填料再进行混合后，得到铸膜液；

13、将铸膜液流延成膜，得到复合聚合物电解质膜。

14、优选地，所述溶剂包括丙酮、乙腈、聚碳酸丙烯酯、n,n-二甲基吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

15、本发明还提出一种电池，包括所述的复合聚合物电解质膜或所述的制备方法制备得到的复合聚合物电解质膜。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明中电解质膜包括聚合物基体、无机填料和锂盐，聚合物基体由聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯互穿得到；其中，无机填料可分散于聚合物基体中，有效打乱peo分子链的规整堆砌与有序结晶排列，显著降低复合电解质体系的结晶度、减小晶区占比，增多非晶区柔性传输区域；非晶区的有效扩容可大幅提升自由体积分数，解除结晶结构对锂离子迁移的束缚，为锂离子快速扩散、跃迁提供更多有效传输路径，从根本上解决传统纯peo基电解质结晶度高、室温离子电导率低的问题，保障电解质在常温工况下具备优异的锂离子传导能力；聚偏氟乙烯（pvdf）一方面可穿插于peo分子链之间，抑制peo结晶，扩大非晶区域，柔性链段可缠结peo的分子链共同发生热运动，降低peo链段的运动势垒，改善复合聚合物电解质膜内部锂离子的动态迁移效率，另一方面pvdf可形成致密稳定的结晶增强相，构建刚性支撑结构，聚偏氟乙烯热塑性聚氨酯（tpu）可形成的连续柔性弹性网络，二者互穿形成“柔性网络+刚性晶相”的协同增强复合结构，提高复合物电解质膜的力学性能。

1.一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的无机填料和锂盐；所述聚合物基体具有复合网络结构，由聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯互穿得到。

2.根据权利要求1所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述聚合物基体的原料包括质量比为1~6:1~4:1~4的聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯，且聚氧化乙烯的添加量大于热塑性聚氨酯的添加量。

3.根据权利要求1所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述无机填料的添加量为聚氧化乙烯质量的5%~10%，所述锂盐与聚氧化乙烯的质量比为1:10~30。

4.根据权利要求1所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述无机填料为多巴胺改性无机颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述多巴胺改性无机颗粒的原料中无机颗粒包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁、勃姆石中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述无机颗粒的粒径为300~500nm。

7.根据权利要求1所述的一种复合聚合物电解质膜，其特征在于，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或多种。

8.一种复合聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1~7中任意一项所述的复合聚合物电解质膜，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种复合聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括丙酮、乙腈、聚碳酸丙烯酯、n,n-二甲基吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1~8任意一项所述的复合聚合物电解质膜或权利要求9所述的制备方法制备得到的复合聚合物电解质膜。