一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50‑89％、锂盐10％‑40％、成膜添加剂0.1％‑10％。本发明专利技术还公开了该对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈、锂盐、成膜添加剂，备用；S2、将S1中称取的丁二腈加热至熔融，加入S1中称取的锂盐，搅拌8h，得到混合溶液，接着加入S1中称取的成膜添加剂，60～100℃搅拌8～12h，得到电解液，然后滴涂在多孔隔膜表面，即得到丁二腈基固态电解质。本发明专利技术还公开了该固态电解质在全固态锂电池上的应用，该固态电解质能降低固态电解质与Li片之间的界面阻抗，提高电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用
本专利技术涉及离子电池
，具体涉及一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用。
技术介绍
锂离子电池已广泛用作现代便携式电子设备的电源，例如笔记本电脑，手机等。然而，这些电池电解质溶剂多为易泄露有机溶剂，且溶剂易燃。为了避免此类安全问题的发生，需要替换液态电解液为不燃或不易燃的电解质。而且锂电池电解质的实用性取决于电解质的锂离子迁移数、电化学窗口、塑晶温度范围以及对锂的稳定性。锂金属作为一种质轻(密度＝0.534g/cm3)，电位低(-3.045VvsSHE)的电极材料具有大的理论比容量，可大大提升电池的能量密度，但充放电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜，造成安全隐患。因而为了提高锂离子电池的能量密度和安全性，选用固态电解质制备全固态锂离子电池已成为研究热点。丁二腈作为一种潜在的固态电解质溶剂，分子结构中腈基的存在会导致其对金属锂不稳定，即发生金属锂催化腈聚合的副反应，从而限制了腈类溶剂在锂金属电池中的应用，近年来，研究者们尝试了多种改性方法，试图制备高对锂稳定性丁二腈基固态电解质，以用于锂金属电池。常用的方法有掺杂共溶剂(如FEC、EC等)得到双溶剂体系，掺杂盐(如LiTFSI等)得到双盐体系，或者掺杂惰性氧化物(如功能化二氧化硅等)试图将腈基固定于惰性基质表面，限制其反应。然而这些工作可能导致电解质丧失了固态特性，或对锂稳定性能的改善程度并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用。本专利技术的第一个目的是提供一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50-89％、锂盐10％-40％、成膜添加剂0.1％-10％。优选的，锂盐为无机锂盐、有机锂盐中的一种或两种。优选的，无机锂盐为高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、硝酸锂(LiNO3)中的一种。优选的，有机锂盐为二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、二草酸硼酸锂(C4BLiO8)、二氟草酸硼酸锂(LiBF2C2O4)、双腈胺锂(LiDCA)中的一种。优选的，成膜添加剂为有机成膜添加剂、无机成膜添加剂中的一种。优选的，有机成膜添加剂为亚硫酸酯类、磺酸酯、含亚乙烯基的有机不饱和化合物、有机硼化物中的一种。优选的，无机成膜添加剂为CO2气体、SO2气体、碳酸锂中的一种。本专利技术的第二个目的是提供一种上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈50-89％、锂盐10％-40％、成膜添加剂0.1％-10％，备用；S2、将S1中称取的丁二腈在70℃加热至熔融，加入S1中称取的锂盐，搅拌8h，使分散均匀，得到混合溶液，接着加入S1中称取的成膜添加剂，60～100℃搅拌8～12h至成膜添加剂完全溶解至混合溶液中，得到电解液，然后将电解液滴涂在多孔隔膜表面，自然冷却至室温，即得到对锂稳定的丁二腈基固态电解质；其中，S1和S2的操作步骤均在充满氩气的手套箱中进行。本专利技术的第三个目的是提供一种上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质在全固态锂电池上的应用。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术通过成膜添加剂与锂盐、丁二腈塑性晶体匹配形成固态电解质。丁二腈作为作为一种分子塑晶，与锂盐复合形成的物质在常温下具有高离子电导率和电化学窗口，是一种潜在的固态电解质，但腈基对金属锂的不稳定性限制了其在锂金属电池中的应用。本专利技术通过添加成膜添加剂，利用成膜添加剂在电池充放电过程中，会在一定的负极电位下(2.6V(vs.Li/Li+))与锂离子一起发生得电子还原反应，于锂片表面原位形成一层均匀的SEI膜，从而阻止锂盐与丁二腈的直接接触发生副反应，提高丁二腈基固态电解质对锂稳定性，降低固态电解质与Li片之间的界面阻抗，从而提高电池的性能。附图说明图1为制备的电解质片的电化学窗口测试图；其中，插图为4-6V电位窗口下的放大图；图2为Li//Li对称电池的阻抗图；图3为全固态电池的倍率性能曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。实施例1一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈85％、LiN(CF3SO2)210％、SO2气体5％。上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，具体包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈85％、LiN(CF3SO2)210％、SO2气体5％；S2、将S1中称取的丁二腈在70℃加热至熔融，加入S1中称取的LiN(CF3SO2)2，搅拌8h，使分散均匀，得到混合溶液，接着通入一定流量的SO2气体10分钟(使SO2气体的量达到S1中成膜添加剂所占的重量百分比)，通气结束后，70℃搅拌8h至SO2气体完全溶解至混合溶液中，得到电解液，然后将电解液滴涂在多孔隔膜表面，自然冷却至室温，即得到对锂稳定的丁二腈基固态电解质(简称电解质片)；其中，以上所有的制备过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例2一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50％、LiN(CF3SO2)240％、SO2气体10％。上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，具体包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈50％、LiN(CF3SO2)240％、SO2气体10％；S2、将S1中称取的丁二腈在80℃加热至熔融，加入S1中称取的LiN(CF3SO2)2，搅拌8h，使分散均匀，得到混合溶液，接着通入一定流量的SO2气体10分钟(使SO2气体的量达到S1中成膜添加剂所占的重量百分比)，通气结束后，80℃搅拌8h至SO2气体完全溶解至混合溶液中，得到电解液，然后将电解液滴涂在多孔隔膜表面，自然冷却至室温，即得到对锂稳定的丁二腈基固态电解质(简称电解质片)；其中，以上所有的制备过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例3一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈89％、LiN(CF3SO2)210％、SO2气体1％。上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，具体包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈89％、LiN(CF3SO2)210％、SO2气体1％；S2、将S1中称取的丁二腈在70℃加热至熔融，加入S1中称取的LiN(CF3SO2)2，搅拌8h，使分散均匀，得到混合溶液，接着通入一定流量的SO2气体10分钟(使SO2气体的量达到S1中成膜添加剂所占的重量百分比)，通气结束后，90℃搅拌8h至SO2气体完全溶解至混合溶液中，得到电解液，然后将电解液滴涂在多孔隔膜表面，自然冷却至室温，即得到对锂稳定的丁二腈基固态电解质(简称电解质片)；以上所有的制备过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例4一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈85％、LiCF3SO310％、CO2气体5％。上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50‑89％、锂盐10％‑40％、成膜添加剂0.1％‑10％。

【技术特征摘要】
1.一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50-89％、锂盐10％-40％、成膜添加剂0.1％-10％。2.根据权利要求1所述的对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，所述锂盐为无机锂盐、有机锂盐中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，所述无机锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、硝酸锂中的一种。4.根据权利要求2所述的对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，所述有机锂盐为二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双腈胺锂中的一种。5.根据权利要求1所述的对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，所述成膜添加剂为有机成膜添加剂、无机成膜添加剂中的一种。6.根据权利要求5所述的对锂稳定的丁二腈基固态电解质，其特征在于，所述有机成膜添加剂为亚硫酸酯类、磺酸酯、含亚乙烯基的有机不饱和化合物、有机硼化物中的一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢科予，沈超，侯倩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61