一种联式硼笼离子化合物快离子导体材料及制备方法技术

本发明专利技术属于快离子导体技术领域，具体为一种联式硼笼离子化合物快离子导体材料及其制备方法。本发明专利技术的联式硼笼型快离子导体材料主要成份为MB

【技术实现步骤摘要】
一种联式硼笼离子化合物快离子导体材料及制备方法


[0001]本专利技术属于快离子导体
，具体涉及联式硼笼快离子导体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源和电子行业的快速发展，人们对储能设备的需求逐渐增加。对锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等二次电池的研究越来越受到重视。这种类型的电池通常包含正极、负极、隔膜和电解液四部分组成，主要依靠金属离子在正负极之间的运动工作。金属离子通过电解液在正负极之间来回移动，实现电池的充放电循环，隔膜起到防止短路的作用。传统的电解质由金属盐和有机溶剂组成。但由于有机溶剂在充电过程中极易破坏负极材料的结构，导致电极钝化，且常出现易燃、易爆、漏液等电池安全问题。因此，需要开发一种新型电解质来解决上述问题。
[0003]快离子导体，也称为固体电解质，在特定温度范围内表现出高离子电导率。作为固体离子导体，具有安全性优良、高温性能优良、电位窗口大等优点。中国专利CN113105239
‑
A报道了一种石榴石型氧化物锂离子导体。其特征在于将1
‑
10wt.％的硫化锂作为掺杂剂原料，采用固相烧结法制备。通过在硫化锂中补充锂，取代晶体结构中的硫元素，形成立方相，提高其室温电导性能。中国专利CN112151859
‑
A描述了一种复合固体电解质，通过将陶瓷填料层的三维骨架前驱体，与抗还原聚合物、抗氧化聚合物和锂盐、增塑剂混合后，加入一定比例的引发剂，干燥得到具有两个表面的复合固体电解质。2014年，Orimo等人首次提出了Na2B<br/>12
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可做为快离子导体，在270℃～300℃范围内，Na2B
12
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的的离子电导率接近或超过0.1 S cm
‑1。中国专利201711268024.5报道了一种硼氢化锂基快离子导体。其导体是LiBH4和 NaCl或 LiBH
4 和 NaI两相的组合，在隔绝空气的条件下按摩尔比(1
‑
10):1混合得到，其特点是低温条件下具有出色的导电能力。2017年，Yoshida等制备了一系列不同比例球磨混合的Na2B
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/Na2B
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快离子导体，发现以3:1比例混合，在室温下有最高离子电导率10
‑
3.5
S cm
−1。2015年，Udovic等首次对碳硼烷CB9H
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‑
、CB
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‑
在快离子导体领域进行应用探究。MCB
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相比于M2B
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(M=Li、Na)具有更低的相变温度和相似的高电导率。
[0004]研究发现，硼笼化合物具有优异的热/化学稳定性以及较高的离子电导率和宽的电化学窗口，适合作为快离子导体开发应用。本专利技术开发了一种新型的联式硼笼快离子导体MB
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及MB
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，M阳离子为金属离子，阴离子为B
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或B
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‑
。该类材料作为氢、钠、锂、钾、镁、钙、铝、锌、银等阳离子的快离子导体材料，具有较高的离子电导率、优异的电化学稳定性以及良好的热稳定性等优点；同时该类材料制备简便、安全，适用于全固态无机盐电解质、聚合物电解质以及液态电解质，有望应用于电池、超级电容器等储能设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有高的离子电导率、优异的电化学稳定性以及良好的热稳定性的联式硼笼离子化合物快离子导体材料及其制备方法。
[0006]本专利技术提供的联式硼笼离子化合物快离子导体材料，该材料组成主要成份为
MB
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及MB
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，其中，M为金属阳离子，阴离子为B
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或 B
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；金属离子M是单一金属离子或多种复合金属离子。
[0007]进一步地，所述M选自Na、Li、K、Mg、Zn、Al、Ag、Ca、H；该快离子导体具有良好的离子电导率、热/化学稳定性和电化学稳定性，在金属离子电池的固态电解质，液态电解质，与其它盐配合使用的电解质，以及与高分子基体组成的聚合物电解质等方面具有应用前景。
[0008]本专利技术提供上述联式硼笼离子化合物快离子导体材料的制备方法，具体步骤如下：首先，使用B
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‑
或 B
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起始物与相应金属或金属化合物反应，制得MB
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或MB
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化合物的溶液；然后，蒸除溶剂，获得MB
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或MB
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化合物的溶剂化合物；继续真空高温热处理，完全脱除溶剂后获得无溶剂目标化合物。
[0009]本专利技术中，所述B
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‑
起始物为H2B
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水合物，或该材料与胺结合形成的盐；所述B
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‑
起始物为H3B
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水合物，或该材料与胺结合形成的盐。
[0010]本专利技术中，所述金属或金属化合物中的金属选自钠、锂、钾、镁、钙、铝、锌；金属化合物选自氢氧化物、氢化物、碳酸化合物。
[0011]本专利技术中，所述真空高温热处理，温度在60
‑
200℃之间，时间在0.5
‑
3小时之间。
[0012]本专利技术提供的联式硼笼离子化合物快离子导体材料，可以单独使用，也可以与其它材料复合之后使用；使用模式包括直接应用于固态电解质，或作为液态电解质或聚合物电解质中的盐使用。
[0013]与目前金属离子电池中所广泛使用的以金属盐和有机液组合而成的有机电解液相比，本专利技术的快离子导体不仅具有良好的热/化学稳定性、高的离子电导率、宽的电化学窗口等优点，还可单独作为电池电解质使用，且单独作为固态电解质使用时能同样具有优异的室温离子电导率，可用于液态电池、超级电容器、全固态无机盐电解质和聚合物电解质中。
附图说明
[0014]图1 为 Na2B
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H
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快离子导体不同温度的离子电导率。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种联式硼笼离子化合物快离子导体材料，其特征在于，主要成份为MB
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和/或MB
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；其中，M为金属阳离子，阴离子为B
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和/或 B
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‑
；金属阳离子M是单一金属离子或多种复合金属离子。2.根据权利要求1所述的联式硼笼离子化合物快离子导体材料，其特征在于，所述金属阳离子M选自锂、钾、钠、钙、镁、铝、锌、银、氢。3.如权利要求1或2所述的联式硼笼离子化合物快离子导体材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）使用B
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‑
或 B
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起始物与相应金属或金属化合物反应，制得MB
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或MB
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化合物的溶液；（2）蒸除溶剂，获得MB
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或MB
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳辉，杨卓，程盛，金孟媛，马晓华，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：