【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源电池领域，具体涉及一种mof基固态电解质复合膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、高效的储能系统和设备对于应对日益增长的全球能源需求至关重要。在过去的几十年里，锂离子电池已经被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车以及电网规模的储能等领域。随着全球汽车电气化的蓬勃发展，对高能量密度、长循环寿命和绝对安全的高性能电池的需求日益增加。然而，当前市场主导的基于插层反应的锂离子电池无法满足更高能量密度的需求；同时其使用的传统有机电解液具有易燃、有毒且易泄漏的风险，可能导致起火或爆炸等安全事故。
2、固态锂金属电池(以锂金属为阳极)因其本质安全和高能量密度而备受关注。与液态电解质相比，固态电解质通常不会燃烧，并且其高的机械强度可抑制锂枝晶的生成，这对提高锂金属电池的性能大有裨益。目前研究最广泛的固态电解质可分为三类：聚合物固态电解质、无机固态电解质和有机无机复合固态电解质。聚合物固态电解质通常由聚合物基质(例如聚氧化乙烯)和锂盐组成，具有高柔韧性、低成本、良好的界面兼容性和易于制造等优点。然而，聚合物固态电解质的室温离子电导率低，机械强度差。无机固态电解质以氧化物和硫化物为主，表现出高的离子电导率、宽电化学窗口和高的机械强度。然而，它们固有的脆性和高界面接触电阻阻碍了它们在固态电池中的实际应用。相比之下，复合固态电解质有望结合聚合物固态电解质和无机固态电解质的优点，显示出巨大的实际应用潜力。然而，目前对复合固态电解质的研究仍面临诸如不良副反应或相分离等问题。
3、金属有机框架(mof)是由金属离子/
4、基于这些优势，已经有很多种mof被用作复合固态电解质的改性剂，并表现出优异的电化学性能。比如，公开号为cn114709470a的专利申请公开了一种基于mof基离子导体的固态电解质及其制备方法与应用，制备方法包括：将金属盐与有机配体溶于有机溶剂中形成混合液，将有机聚合物基底置于混合液内，搅拌反应使得mof材料自组装到有机聚合物基底上，形成自组装mof结构；将含锂离子液体与自组装mof结构混合，加热反应，得到自组装mof基离子导体；将聚合物基体和锂盐分散在有机溶剂中，加热搅拌得到聚合物电解质，将聚合物电解质浇筑在自组装mof基离子导体上，真空干燥得到基于mof基离子导体的固态电解质。该专利技术通过引入自组装mof基离子导体，提供了长程连续的锂离子传输路径，增强了固态电解质的离子电导率和机械性能，从而有效提高了固态电池的安全性。然而，该专利提供的固态电解质室温离子电导率依然较低，对于其机械性能(柔性、强度等)没有明确的数据说明，对于固态电解质的阻燃等安全指标也未做评判，这对于高能量密度固态电池的安全运行至关重要。另外公开号为cn112670543a的专利也提出了基于中空结构mof的复合固态电解质膜及其制备方法与应用，但同样面临着机械性能、阻燃性等安全性问题，同时都存在是否可构建大型软包电池的问题，这对于固态电解质的商业化应用同样重要。
5、因此，构建先进的基于mof的复合固态电解质仍然是一个巨大的挑战，要求不仅能够为锂离子快速迁移提供连续的离子传输通道，降低电解质与电极之间的界面阻抗，实现较高的室温离子电导率，而且还需要保证一定的机械强度和绝对的安全性。
技术实现思路
1、基于现有技术中的不足，本专利技术提供了一种mof基固态电解质复合膜及其制备方法和应用，具体为：通过聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)、uio-66和离子液体(il，1-乙基-3-甲基咪唑-双三氟甲基磺酰亚胺盐([emim][tfsi]))的协同作用构建了高效、稳固的基于mof的柔性复合膜，使复合固态电解质具有优异的综合性能，包括离子传导性强、界面兼容性强、机械强度高、物理柔韧性好、热稳定性高、阻燃性好等。本专利技术工艺简单，条件温和，与工业化生产工艺兼容，可作为一种切实可行的策略制备基于mof的复合固态电解质薄膜以实现高安全和高能量密度的准固态锂金属电池。
2、本专利技术的具体技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种mof基固态电解质复合膜的制备方法，所述固态电解质复合薄膜包括聚合物、金属有机框架(mof)材料以及均匀分散其中的含有锂盐的离子液体。
4、进一步地，所述聚合物包括聚氧化乙烯(peo)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯腈(pan)等中的一种或其任一复合结构，所述聚合物具备一定离子传导性、良好的机械性能和电化学稳定性；
5、进一步地，所述mof材料是由至少一种金属离子或金属离子簇与有机配体配位形成的多孔结构材料；
6、所述金属离子包括mg2+、al3+、ca2+、ti4+、v4+、v3+、v2+、cr3+、mn3+、mn2+、fe3+、fe2+、co3+、co2+、ni2+、ni+、cu2+、cu+、zn2+、ga3+、ge4+、ge2+、as5+、as3+、as+、y3+、zr4+、mo3+、pd2+、pd+、pt2+、pt+、ag+、cd2+、in3+、la3+、ce4+、ce3+、hf4+中的一种或多种；
7、所述有机配体包括对苯二甲酸、2-甲基咪唑、苯-1，2，4，5-四羧酸、5-硝基间苯二甲酸、间苯二甲酸、烟酸、3-硝基邻苯二甲酸、咪唑、5-氨基间苯二甲酸、异烟酸、1，3，5-三羧酸苯、2，3-吡啶二羧酸、2，2'-联吡啶、1，4-环己烷二羧酸、噻吩-2,5-二羧酸、吡嗪、丁炔二酸、[1，1′-联苯]-4-羧酸、反式-1，4-环己烷二羧酸、顺-1，2-环己烷二甲酸、2，3，5，6-四氟对苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、吡嗪-2,3-二羧酸、4，4'-联苯二甲酸、富马酸、3，4-吡啶二羧酸、2，4-吡啶二羧酸、4-氨基联苯二甲酸、水杨酸吖嗪、1h-咪唑-4,5-二羧酸、1h-吡唑-3，5-二羧酸水合物、4，4'-联吡啶、3，6-二-2-吡啶基-1，2，4，5-四嗪、2，5-二溴对苯二甲酸、2，5-二氯对二苯甲酸、反-1，2-环己烷二甲酸、3，5-吡唑二甲酸、(1r,2r)-1，2-环己烷二甲酸、2，2'-联苯二羧酸、3，5-吡啶二甲酸、偏苯三甲酸、萘-1，4-二羧酸、4-羟基邻苯二甲酸、2，5-二羟基对苯二甲酸、5-羟基间苯二甲酸、1，4-亚苯基二乙酸、4-羧基苯乙酸、2-氨基对苯二甲酸、环己烷-1，3-二羧酸、顺式-1，4-环己二羧酸、2，6-萘二甲酸、环己烷-1，2，4，5-四羧酸、2-溴代对苯二甲酸、9-蒽甲酸、1，4-二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述固态电解质复合膜包括聚合物、MOF材料以及均匀分散其中的含有锂盐的离子液体；
2.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈中的至少一种。
3.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述MOF材料是由至少一种金属离子或金属离子簇与有机配体配位形成的多孔结构材料；
4.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂中的至少一种；
5.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂均为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、二氯甲烷、乙腈、二甲基亚砜或丙酮。
6.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，混合溶液a
7.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，加入混合溶液c的量按照锂盐计算，锂盐质量占聚合物质量的10％-30％。
8.根据权利要求1所述MOF基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，混合溶液d浇筑在基板上的厚度为200～400μm；烘干后，所述MOF基固态电解质复合膜的厚度小于50μm。
9.权利要求1～8任一所述制备方法制备的MOF基固态电解质复合膜。
10.权利要求9所述MOF基固态电解质复合膜在制备固态或半固态锂金属电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种mof基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述固态电解质复合膜包括聚合物、mof材料以及均匀分散其中的含有锂盐的离子液体；
2.根据权利要求1所述mof基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈中的至少一种。
3.根据权利要求1所述mof基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述mof材料是由至少一种金属离子或金属离子簇与有机配体配位形成的多孔结构材料；
4.根据权利要求1所述mof基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂中的至少一种；
5.根据权利要求1所述mof基固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂均为n,n-二...
【专利技术属性】
技术研发人员：张漩，程璞，姜银珠，刘世乡，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
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