一种氟离子固态电解质材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氟离子固态电解质材料，化学式为CsPb

【技术实现步骤摘要】
一种氟离子固态电解质材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于氟离子电池
，具体涉及一种氟离子固态电解质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属和金属氟化物之间的转化反应M'+MF
x
→
M'F
x
+M(其中M'和M为金属元素，F为氟元素)通常伴随很大的自由能的改变且反应中通常涉及不止一个电子的转移，基于此反应的氟离子电池的理论能量密度是当前锂离子电池理论能量密度的8倍(Science,2018,362,1144
–
1148)。氟离子电池中，在正负极之间穿梭的不是锂离子、钠离子等金属离子，而是氟离子，这就避免了由于金属离子的不均匀沉积而长出的枝晶，进而避免由此带来的安全问题。因此在寻找下一代高能量密度且又安全的能量存储设备时氟离子电池是一个很好的选择。
[0003]组建氟离子电池的关键部分是具有高氟离子电导率的电解质，但是现有的氟离子固态电解质由于较低的氟离子电导率并不能满足要求。目前的氟离子固态电解质主要包括BaSnF4(ACS Appl.Energy Mater.,2018,1,4766-4775)、La
0.9
Ba
0.1
F
2.9
(J.Mater.Chem.,2011,21,17059)和Ba
1-x
Sb
x
F
2+x
(x≤0.4；ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,17249-17256)。目前用于氟离子固态电池的电解质中室温下氟离子电导率能达到10-4
S cm-1
的固态电解质只有BaSnF4，而其他固态电解质需要加热到至少150℃才能达到类似的离子电导率。由于这个原因，为了使氟离子固态电池能在室温工作，BaSnF4固态电解质就成了唯一的选择。室温下高性能氟离子固态电解质的稀缺性严重的制约了氟离子电池的发展。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种氟离子固态电解质材料及其制备方法，本专利技术提供的氟离子固态电解质材料在室温条件下具有较高的电导率。
[0005]本专利技术提供了一种氟离子固态电解质材料，化学式为CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
；
[0006]其中，Q为价态是+1价的金属离子，所述Q选自K和Rb中的一种或多种，0<x≤0.3。
[0007]优选的，所述氟离子固态电解质材料为氟离子导体。
[0008]本专利技术还提供了一种上述氟离子固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]在惰性气氛条件下，将氟化铯、二氟化铅和含Q氟化物混合研磨后进行球磨，得到氟离子固态电解质材料。
[0010]优选的，所述研磨在研钵中进行，所述研磨的时间为4～10分钟。
[0011]优选的，所述球磨在行星式球磨机中进行，所述球磨的转速为400～800rpm，时间为3～50小时，球料比为10：1～50：1。
[0012]与现有技术相比，本专利技术提供了一种氟离子固态电解质材料，化学式为CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
；其中，Q为价态是+1价的金属离子，所述Q选自K和Rb中的一种或多种，0<x≤0.3。本专利技术的氟离子固态电解质具有较高的氟离子电导率且可用于室温下的全固态氟离子电池。
[0013]实验结果表明，本专利技术制备的氟离子固态电解质的氟离子电导率高于10-4
S cm-1
。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1提供的电解质粉末的X射线衍射图；
[0015]图2为本专利技术实施例1提供的电解质离子电导率测试曲线；
[0016]图3为本专利技术实施例2提供的电解质粉末的X射线衍射图；
[0017]图4为本专利技术实施例2提供的电解质离子电导率测试曲线；
[0018]图5为本专利技术实施例3提供的电解质粉末的X射线衍射图；
[0019]图6为本专利技术实施例3提供的电解质离子电导率测试曲线；
[0020]图7为本专利技术实施例4提供的电解质粉末的X射线衍射图；
[0021]图8为本专利技术实施例4提供的电解质离子电导率测试曲线。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种氟离子固态电解质材料，化学式为CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
；
[0023]其中，Q为价态是+1价的金属离子，所述Q选自K和Rb中的一种或多种，0<x≤0.3。
[0024]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述Q选自K或Rb。
[0025]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述氟离子固态电解质材料CsPb
0.95
K
0.05
F
2.95
、CsPb
0.8
K
0.2
F
2.8
、CsPb
0.9
Rb
0.1
F
2.9
、CsPb
0.8
Rb
0.2
F
2.8
或CsPbF3。
[0026]在本专利技术中，所述氟离子固态电解质材料为氟离子导体。
[0027]本专利技术还提供了一种上述氟离子固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0028]在惰性气氛条件下，将氟化铯、二氟化铅和含Q氟化物混合研磨后进行球磨，得到氟离子固态电解质材料。
[0029]具体的，按摩尔比Cs
+
:Pb
2+
:Q
+
：F-＝1:1-x:x:3-x的比例称取反应的原料氟化铯、二氟化铅、含Q氟化物，反应原料在玛瑙研钵中充分研磨混合4～10分钟，得到混合物，优选为5～8分钟。
[0030]然后，将混合物转移至碳化钨球磨罐后放入行星式球磨机，在400～800转/分钟、球料比10：1～50：1的条件下球磨3～50小时，得到CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
(0<x≤0.3)电解质粉末。
[0031]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述行星式球磨机的转速为500～700转/分钟，球料比为20：1～40：1，球磨的时间为8～40小时。
[0032]在压力600MPa下，将得到的电解质粉末在室温下压制成直径10mm、厚度1～2mm的圆片，用离子溅射仪在圆片两面分别溅射一层铂作为阻塞电极，在室温下测试交流阻抗得到电解质材料的离子电导率。
[0033]本专利技术提供了一种氟离子固态电解质材料，化学式为CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
；其中，Q为价态是+1价的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟离子固态电解质材料，其特征在于，化学式为CsPb
1-x
Q
x
F
3-x
；其中，Q为价态是+1价的金属离子，所述Q选自K和Rb中的一种或多种，0<x≤0.3。2.根据权利要求1所述的氟离子固态电解质材料，其特征在于，所述氟离子固态电解质材料为氟离子导体。3.一种如权利要求1～2任意一项所述的氟离子固态电解质...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骋，王金柱，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：