卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用。复合体系固态电解质材料为卤化锂与二维材料的球磨复合物，制备时，惰性气体气氛下，将卤化锂与二维材料按照一定摩尔比混合后进行球磨，本发明专利技术制备的固态电解质材料由卤化锂与二维材料两相构成，球磨过程中没有中间相生成也没有经历相互反应或自分解，两相界面为非晶相，更有利于锂离子的迁移，可以用于制备全固态锂离子电池的固态电解质。

Lithium halide and two-dimensional composite solid electrolyte material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用
本专利技术属于新型的固态电解质材料，具体涉及一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用。
技术介绍
随着储能领域需求的日趋增长，对高性能的可充电的锂离子电池的研究与开发也在不断的加速中。但是，手机和电动汽车中发生的许多事故使人们不再只关注电池的性能，也开始更关注电池的安全性。研究发现，事故主要来源于电池中的有机液态电解质，其易燃性带来的安全问题限制了其进一步的应用。因此，在过去的几十年中，开发高性能的固态电解质来替代液态电解质成为了科研工作者的研究重点。截止目前，研究者们开发的主流的固态电解质主要有氧化物电解质，如钙钛矿和石榴石型材料，还有硫化物电解质，两者均表现出很高的离子电导率(10-3～10-4Scm-1)，接近于液态电解质。卤化锂作为一类固态电解质材料，与锂负极有良好的化学相容性，且电子电导率极低，但是其较低的离子电导率(如LiI在室温下为10-7Scm-1)限制了其在全固态电池中的应用。但研究发现，用卤化钙对卤化锂进行掺杂或者将卤化锂与氧化物，如Al2O3、SiO2等进行复合，均可得到具有高的锂离子电导率的复合物固态电解质。由此可知，卤化锂有成为锂离子电池固态电解质的潜质。目前尚未有卤化锂与二维材料复合应用于固态电解质的报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料，可以提升锂离子传导性能，本专利技术的另一目的是提供其制备方法和应用。技术方案：本专利技术所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，由卤化锂与二维材料球磨制备得到。其中，所述卤化锂选自氟化锂(LiF)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、碘化锂(LiI)中的一种或几种，所述二维材料选自二硫化钼(MoS2)、碳氮化合物(g-C3N4)、氮化硼(h-BN)中的一种或几种。所述卤化锂与二维材料的摩尔比为1～10：1～10。进一步，一种具体的组合方式，所述卤化锂选自碘化锂，所述二维材料选自二硫化钼。卤化锂与二维材料的摩尔比对材料性能至关重要，优选的，所述碘化锂与二硫化钼的摩尔比为1～3：1～2，进一步优选为1：1。球磨时，磨球与样品的重量比为10:1～100：1，公转转速为每分钟100～600转，球磨时间为1～20小时。球磨的时间和转速会影响复合产物中两相接触进而影响其离子电导率性能，经过实验证明，公转转速优选为每分钟500～600转，球磨时间为10～15小时。本专利技术还提供了所述制备方法制备得到的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料。该材料中，卤化锂分散在二维材料的表面，卤化锂与二维材料的两相界面为非晶相。本专利技术还提供了所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料在制备电池电解质中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术制备的固态电解质材料由卤化锂与二维材料两相构成，球磨过程中没有中间相生成也没有经历相互反应或自分解，两相界面为非晶相，更有利于锂离子的迁移。本专利技术制备的固态电解质材料，可以提升锂离子传导性能。以碘化锂与二硫化钼复合体系为例，LiI与MoS2形成的复合物，其离子电导率在整个测定温度范围内均高于单纯的LiI，尤其在低温区域(25摄氏度-30摄氏度)可以接近10-4Scm-1。其中LiI-MoS2在低温区其离子电导率在7×10-5Scm-1以上；2LiI-MoS2、LiI-2MoS2在低温区其离子电导率在10-5Scm-1以上；3LiI-MoS2在低温区其离子电导率在10-6Scm-1以上；该材料在其他温度段如303K～310K、310K～370K等也具有非常优异的表现。与其他锂化合物相比，碘化锂在空气中具有更好的稳定性，可以保证材料具有更好的可操作性和保存的便捷性，便于材料的应用。本专利技术制备的固态电解质材料，与锂负极具有良好的电化学稳定性以及相容性。以碘化锂与二硫化钼复合体系为例，在非对称电池(锂片/固态电解质片/不锈钢片)的循环伏安测试中，具有-1～5V的宽的电化学窗口，即与锂负极有良好的电化学稳定性；在对称电池(锂片/固态电解质片/锂片)的恒电流循环测试中，20个小时的循环中，没有出现电压波动，与锂负极具有良好的相容性。附图说明图1为球磨制得的材料xLiI-yMoS2(x：y＝1:1、2:1、3:1，1:2)的X射线衍射图谱；图2为球磨制得的材料LiI-MoS2的透射电镜，扫描电镜及元素分布图；图3为球磨制得的材料xLiI-yMoS2(x：y＝1:1、2:1、3:1，1:2)的电导率随温度变化曲线；图4为球磨制得的材料xLiI-yMoS2(x：y＝1:1、2:1、3:1，1:2)的活化能；图5为球磨制得的材料LiI-MoS2的循环伏安图；图6为球磨制得的材料LiI-MoS2的电子电导率图；图7为球磨制得的材料LiI-MoS2的离子迁移数图；图8为球磨制得的材料LiI-MoS2的恒电流循环图；图9为球磨制得的材料LiI-MoS2的7Li固体核磁图。具体实施方式本专利技术提出了一种卤化锂与二维材料复合体系固态电解质材料，由(x卤化锂-y二维材料)组成，其中x为1～10，y为1～10，x:y为摩尔比。将卤化锂与二维材料按照特定化学计量比混合后放入装有不锈钢磨球的球罐中。采用行星轮式球磨机机械球磨方式，在高纯度(99.9999％)惰性气体保护下，球磨获得(x卤化锂-y二维材料)混合物。为避免其他副反应，所有的样品操作均在充有高纯氩气的手套箱中进行，手套箱的氧气和水含量均低于1ppm浓度。下面以xLiI-yMoS2为例通过具体的实施例详细说明本专利技术的技术方案。实施例1在隔绝空气(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)条件下，将LiI和MoS2按照设定的摩尔比(xLiI-yMoS2)计算质量，放入装有不锈钢磨球的不锈钢球罐中；采用行星轮式球磨机机械球磨方式，在高纯度(99.9999％)惰性气体(氩气)保护下，获得xLiI-yMoS2复合物颗粒。球罐中样品总质量为0.5克，球磨罐容积为100毫升，磨球与样品的重量比为40:1，公转转速设定为每分钟500转。xLiI-yMoS2混合物球磨时间为10小时。取出球磨获得xLiI-yMoS2混合物，本实施例中，摩尔比x：y＝1:1，2:1，3:1，1:2。实施例2取出实施例1不同原料配比样品的部分xLiI-yMoS2复合物颗粒进行X射线衍射(XRD)实验，样品池被特定高分子膜覆盖，并以真空脂将其与载玻片密封，以阻止空气中水和氧气对样品的作用。所用X射线源的靶材为Cu靶，管电压为40kV，管电流为40mA。所得的XRD谱图如图1所示。球磨后的xLiI-yMoS2复合物(x：y＝1:1，2:1，3:1，1:2)中LiI和MoS2的相均保持完好，球磨过程中没有中间相生成，表明球磨过程中LiI和MoS2没有发生相互反应也没有经历自分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，由卤化锂与二维材料球磨制备得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，由卤化锂与二维材料球磨制备得到。


2.根据权利要求1所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述卤化锂选自氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂中的一种或几种，所述二维材料选自二硫化钼、碳氮化合物、氮化硼中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述卤化锂选自碘化锂，所述二维材料选自二硫化钼。


4.根据权利要求1所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述卤化锂与二维材料的摩尔比为1～10：1～10。


5.根据权利要求4所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述卤化锂与二维材料的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀，刘志祥，曲翊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32