本發(fā)明屬于電化學(xué)，更具體地，涉及一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是一種低成本、長壽命、高效率的可充電電池技術(shù)，廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦、電動汽車以及規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域，但其能量密度和安全性已無法滿足電動汽車對高續(xù)航里程和高安全性的需求。相比之下，固態(tài)堿金屬電池采用高容量、低電壓的堿金屬作為負極，有望大幅提高電池能量密度，與此同時，固態(tài)堿金屬電池將易燃的有機電解液替換為不可燃的固態(tài)電解質(zhì)能夠從根本上解決電池安全問題。對于固態(tài)電解質(zhì)，相比于平面結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)，多孔固態(tài)電解質(zhì)能夠提高堿金屬負極的活性材料利用率，實現(xiàn)在高電流密度和面容量下固態(tài)電池的穩(wěn)定循環(huán)，因此，研究一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法具有重要意義。

2、現(xiàn)有的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法往往通過造孔劑造孔形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后對三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行表面處理以增加其對堿金屬負極的親和度，進而方便后續(xù)的與堿金屬負極復(fù)合的過程。然而整個過程需要兩段工序來實現(xiàn)，且對三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行表面處理的過程往往需要采用磁控濺射、原子層沉積等較為復(fù)雜的工藝來實現(xiàn)，制備效率較低，且成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用，其目的在于，提供一種低成本高效率的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括：

3、將mof材料和固態(tài)電解質(zhì)粉末在惰性溶劑中混合均勻，并蒸發(fā)惰性溶劑，得到混合粉末a；

4、將混合粉末a鋪展在固態(tài)電解質(zhì)粉末上進行壓制，形成素坯；對素坯進行燒結(jié)，得到一側(cè)多孔的多孔固態(tài)電解質(zhì)。

5、進一步優(yōu)選地，mof材料為：網(wǎng)狀金屬有機骨架材料、類沸石咪唑骨架材料、萊瓦希爾骨架材料或孔通道式骨架材料。

6、進一步優(yōu)選地，固態(tài)電解質(zhì)粉末為石榴石型氧化物、β″-氧化鋁、nasicon型固態(tài)電解質(zhì)粉末、硫銀鍺礦型固態(tài)電解質(zhì)粉末、堿金屬氮化物或lipon型固態(tài)電解質(zhì)粉末。

7、進一步優(yōu)選地，在惰性溶劑中混合的mof材料和固態(tài)電解質(zhì)粉末的質(zhì)量比為：1：1～1：5。

8、進一步優(yōu)選地，燒結(jié)溫度為500℃～1700℃。

9、第二方面，本發(fā)明提供了一種多孔固態(tài)電解質(zhì)，采用本發(fā)明第一方面所提供的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法制備得到。

10、第三方面，本發(fā)明提供了一種固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法，包括：

11、將多孔固態(tài)電解質(zhì)多孔的一側(cè)與熔融狀態(tài)下的堿金屬材料接觸，從而誘導(dǎo)熔融堿金屬材料填充多孔固態(tài)電解質(zhì)中的孔隙，形成固態(tài)電解質(zhì)和堿金屬材料相互滲透的復(fù)合固態(tài)堿金屬電池負極；

12、其中，多孔固態(tài)電解質(zhì)為本發(fā)明第二方面所提供的多孔固態(tài)電解質(zhì)。

13、進一步優(yōu)選地，熔融狀態(tài)下的堿金屬材料的溫度150℃～500℃。

14、第四方面，本發(fā)明提供了一種多孔固態(tài)電解質(zhì)負極，采用本發(fā)明第三方面所提供的固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法制備得到。

15、第五方面，本發(fā)明提供了一種固態(tài)堿金屬電池，其負極為本發(fā)明第四方面所提供的孔固態(tài)電解質(zhì)負極。

16、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

17、1、本發(fā)明提供了一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，將mof材料和固態(tài)電解質(zhì)粉末在惰性溶劑中混合均勻，并蒸發(fā)惰性溶劑，得到混合粉末a；將混合粉末a鋪展在固態(tài)電解質(zhì)粉末上進行壓制，形成素坯；對素坯進行燒結(jié)，使得混合粉末a與致密度高的固態(tài)電解質(zhì)粉末形成強鍵合作用，形成一側(cè)多孔的多孔固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明將mof材料中的有機殼作為造孔劑，構(gòu)建混合粉末a與固態(tài)電解質(zhì)粉末壓制燒結(jié)后，mof材料的金屬核轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)或?qū)?yīng)的金屬氧化物，附著在所形成的孔隙表面，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且所得多孔固態(tài)電解質(zhì)中的mof材料的金屬核能夠直接作為種子誘導(dǎo)堿金屬負極與其復(fù)合，無需額外采用復(fù)雜的工藝來對三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行表面處理，制備效率較高，且成本較低。

18、2、本發(fā)明所提供的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，所制備的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔固態(tài)電解質(zhì)，能夠解決平面結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)在與堿金屬負極復(fù)合時負極離子遷移深度低、僅界面附近的堿金屬具有電化學(xué)活性、界面浸潤性較差的問題，能夠顯著提升負極中的離子遷移效率，降低電荷轉(zhuǎn)移能壘，提高堿金屬負極的活性材料利用率，實現(xiàn)在高電流密度和面容量下固態(tài)電池的穩(wěn)定循環(huán)。

19、3、本發(fā)明提供了一種固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法，通過使用mof材料的金屬核作為種子誘導(dǎo)堿金屬材料與多孔固態(tài)電解質(zhì)多孔的一側(cè)復(fù)合，mof材料中的金屬核在高溫狀態(tài)下能夠形成單質(zhì)或氧化物，作為形核中心，誘導(dǎo)堿金屬材料填充多孔固態(tài)電解質(zhì)的孔隙，增大了電化學(xué)反應(yīng)活性面積，提高了電荷轉(zhuǎn)移速率；且整個過程工藝簡單，制備效率較高，成本較低。

技術(shù)特征：

1.一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述mof材料為：網(wǎng)狀金屬有機骨架材料、類沸石咪唑骨架材料、萊瓦希爾骨架材料或孔通道式骨架材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)粉末為石榴石型氧化物、β″-氧化鋁、nasicon型固態(tài)電解質(zhì)粉末、硫銀鍺礦型固態(tài)電解質(zhì)粉末、堿金屬氮化物或lipon型固態(tài)電解質(zhì)粉末。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，在惰性溶劑中混合的mof材料和固態(tài)電解質(zhì)粉末的質(zhì)量比為：1：1～1：5。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，燒結(jié)溫度為500℃～1700℃。

6.一種多孔固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5任意一項所述的多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法制備得到。

7.一種固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法，其特征在于，所述熔融狀態(tài)下的堿金屬材料的溫度150℃～500℃。

9.一種多孔固態(tài)電解質(zhì)負極，其特征在于，采用權(quán)利要求7或8所所述的固態(tài)堿金屬電池負極的制備方法制備得到。

10.一種固態(tài)堿金屬電池，其特征在于，其負極為權(quán)利要求9所述的孔固態(tài)電解質(zhì)負極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多孔固態(tài)電解質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域；將MOF材料和固態(tài)電解質(zhì)粉末在惰性溶劑中混合均勻，并蒸發(fā)惰性溶劑，得到混合粉末A；將混合粉末A鋪展在固態(tài)電解質(zhì)粉末上進行壓制，形成素坯；對素坯進行燒結(jié)，形成一側(cè)多孔的多孔固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明將MOF材料中的有機殼作為造孔劑，構(gòu)建混合粉末A與固態(tài)電解質(zhì)粉末壓制燒結(jié)后，MOF材料的金屬核轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)或?qū)?yīng)的金屬氧化物，附著在所形成的孔隙表面，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且所得多孔固態(tài)電解質(zhì)中的MOF材料的金屬核能夠直接作為種子誘導(dǎo)堿金屬負極與其復(fù)合，無需額外采用復(fù)雜的工藝來對三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行表面處理，制備效率較高，且成本較低。

技術(shù)研發(fā)人員：王康麗,程安然,蔣凱,周敏,王瑋
受保護的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6