固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池技术

本发明专利技术提供一种固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池，固态电解质的制备方法包括：S1：制备M‑X型多孔沸石粉末，M代表碱金属或碱土金属；S2：通过所述M‑X型多孔沸石粉末与相对应的M金属的离子液体进行混合研磨，干燥后得到M‑X型多孔沸石电解质粉末；S3：将所述M‑X型多孔沸石电解质粉末压成固态电解质。本发明专利技术的固态电解质可利用自身的多孔框架将离子液体吸附在微孔中，同时由于沸石框架中的阳离子键较弱，可以实现金属阳离子的有效穿梭，构建离子液体和沸石骨架双重离子传输路径，提高材料的离子传导，从而抑制枝晶的形成和生长。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池
本专利技术涉及固态电解质
，尤其涉及一种固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池。
技术介绍
近年来随着科技的不断进步，锂离子可充电二次电池成为了便携式电子产品、电动汽车、电网级储能的重要储能设备，然而由于其电解质采用的是有机液态电解质，极易在极端情况下发生热失控，从而引发火灾和爆炸。因此为了满足未来更高的储能需求和安全性，固态电解质应运而生。相较于液态电解质，固态电解质具有更高的安全性和能量密度，同时可以有效改善锂离子电池中的金属锂枝晶问题。然而目前的固态电解质研究仍然处于初级阶段，高的界面电阻以及低的离子电导率限制了其商业化的发展。因此开发出高性能的全固态电池对未来储能产业的发展至关重要。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的问题，提供一种固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：一种固态电解质的制备方法，所述固态电解质是X型多孔沸石固态电解质，包括如下步骤：S1：制备M-X型多孔沸石粉末，M代表碱金属或碱土金属；S2：通过所述M-X型多孔沸石粉末与相对应的M金属的离子液体进行混合研磨，干燥后得到M-X型多孔沸石电解质粉末；S3：将所述M-X型多孔沸石电解质粉末压成固态电解质。优选地，若M为Na，采用水热法来制备Na-X型多孔沸石粉末；若M是Na以外的碱金属或碱土金属，则进一步采用离子交换法来制备M-X型多孔沸石粉末。优选地，制备所述M-X型多孔沸石电解质粉末包括如下步骤：S21：称取M金属的盐溶解于有机溶剂中，得到M金属的离子液体；S22：按照质量比1：0～4将所述M-X型多孔沸石粉末与所述M金属的离子液体进行混合研磨，得到研磨溶液；S23：将所述研磨溶液在真空80℃干燥吸附至少12h后得到所述M-X型多孔沸石电解质粉末。优选地，所述有机溶剂是1-(2-羟基乙基)-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)亚胺盐、1-甲基-3-己基咪唑高氯酸盐或1-丁基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐。优选地，采用200-1500kg/cm3的压力保压10-120s将所述M-X型多孔沸石电解质粉末压成固态电解质。本专利技术提供一种固态电解质，采用如上任一所述的方法制备。优选地，厚度为0.5～2mm。本专利技术提供一种全电池的制备方法，包括如下步骤：T1：采用如上任一所述的方法制备得到M-X型多孔沸石电解质粉末和固态电解质；T2：将所述M-X型多孔沸石电解质粉末制备含有M-X型多孔沸石的正极片；T3：将所述含有M-X型多孔沸石的正极片、M金属的金属片分别压制在所述固态电解质的两侧，得到全电池。优选地，制备所述含有M-X型多孔沸石的正极片包括如下步骤：T21：将所述M-X型多孔沸石电解质粉末与正极材料和导电碳按照1～9：1～9：1～5的质量比混合得到第一混合物；T22：向所述第一混合物中滴加N-甲基吡咯烷酮研磨，得到第二混合物；T23：将所述第二混合物涂覆在铝箔上，并真空干燥得到所述含有M-X型多孔沸石的正极片。本专利技术还提供一种全电池，采用如上任一所述的方法制备。本专利技术的有益效果为：提供一种固态电解质的制备方法、固态电解质、全电池的制备方法和全电池，通过X型多孔沸石结构及高的离子交换特性来获得含有不同碱金属或碱土金属的离子的沸石电解质，本专利技术的固态电解质可利用自身的多孔框架将离子液体吸附在微孔中，同时由于沸石框架中的阳离子键较弱，可以实现金属阳离子的有效穿梭，构建离子液体和沸石骨架双重离子传输路径，提高材料的离子传导，从而抑制枝晶的形成和生长。进一步地，本专利技术制备工艺简单，原材料便宜，适用于大规模生产。更进一步地，利用本专利技术方案获得的沸石类电解质可以应用于多种固态电解质中，具有普适性。附图说明图1是本专利技术实施例中固态电解质的制备方法的示意图。图2是本专利技术实施例中制备M-X型多孔沸石电解质粉末的方法示意图。图3是本专利技术实施例中全电池的制备方法示意图。图4是本专利技术实施例中制备含有M-X型多孔沸石的正极片的方法示意图。图5是本专利技术实施例中一种实施例中材料XRD的图。具体实施方式为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。相较于液态电解质，固态电解质具有更高的安全性和能量密度，同时可以有效改善锂离子电池中的金属锂枝晶问题。全固态电池正负极与电解质之间一般是点对点的固固接触界面，往往会引发较大的界面接触电阻和不均匀的电流分布。同时相较于液态电解质来说，固态电池中锂离子的锂离子传输往往是依靠于电解质晶格中的离子迁移，故而其锂离子迁移率要远远小于液态电解质。在目前已有的固态电解质的研究当中，多孔材料具有不可忽略的优势，以金属锂固态电池为例，可以利用多孔材料作为有机离子液体的载体，利用含锂的离子液体负责锂离子传导，而多孔材料则提供了固态载体以及离子传输通道，避免了传统液态锂离子电池漏液的风险，同时对锂枝晶具有一定的抑制作用，使得金属锂可以直接用作固态电池负极。目前常用的多孔材料固态电解质有金属-有机框架材料(MOF)、共价有机框架(COF)等，然而该类材料的的合成工艺较为复杂，其中MOF结构容易在循环过程中产生过渡金属阳离子的氧化还原反应，造成不可逆的结构坍塌。而在沸石构造中，金属阳离子位于晶体构造较大并相互通连的孔道或空洞间。因此，阳离子可自由地通过孔道发生交换作用，而不能影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固态电解质是X型多孔沸石固态电解质，包括如下步骤：/nS1：制备M-X型多孔沸石粉末，M代表碱金属或碱土金属；/nS2：通过所述M-X型多孔沸石粉末与相对应的M金属的离子液体进行混合研磨，干燥后得到M-X型多孔沸石电解质粉末；/nS3：将所述M-X型多孔沸石电解质粉末压成固态电解质。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固态电解质是X型多孔沸石固态电解质，包括如下步骤：
S1：制备M-X型多孔沸石粉末，M代表碱金属或碱土金属；
S2：通过所述M-X型多孔沸石粉末与相对应的M金属的离子液体进行混合研磨，干燥后得到M-X型多孔沸石电解质粉末；
S3：将所述M-X型多孔沸石电解质粉末压成固态电解质。


2.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，若M为Na，采用水热法来制备Na-X型多孔沸石粉末；
若M是Na以外的碱金属或碱土金属，则进一步采用离子交换法来制备M-X型多孔沸石粉末。


3.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，制备所述M-X型多孔沸石电解质粉末包括如下步骤：
S21：称取M金属的盐溶解于有机溶剂中，得到M金属的离子液体；
S22：按照质量比1：1～4将所述M-X型多孔沸石粉末与所述M金属的离子液体进行混合研磨，得到研磨溶液；
S23：将所述研磨溶液在真空80℃干燥吸附至少12h后得到所述M-X型多孔沸石电解质粉末。


4.如权利要求3所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是1-(2-羟基乙基)-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)亚胺盐、1-甲基-3-己基咪唑高氯酸盐或1-丁基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐。

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊伟，丁志玉，刘彦辰，姚鹏辉，李乐园，余浩斌，陈雅芬，张阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44