【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锌基固态电解质及其制备方法和电化学器件，属于固态电解质电池。
技术介绍
1、固态电解质(sse)已成为安全、高能量密度和可逆电化学储能系统的重要组成部分。sse的离子电导率及其与电极的界面接触直接决定了电化学器件的性能。到目前为止，本领域已经研究了主要类型的sse，包括固体无机电解质(sies)和固体聚合物电解质(spe)。其中，sies，如氧化物，硫化物等，它们的离子运输主要依赖于连续传输途径中空位或间隙之间移动离子的跳跃，从而导致快速的离子传导，但界面处的点对点离子扩散及其刚性和脆性严重阻碍了与电极的良好界面接触。相比之下，spe由主体聚合物(例如，聚环氧乙烷、聚(丙烯腈)、聚(甲基丙烯酸甲酯))和附加金属盐组成，其中金属盐分散在柔性聚合物主体材料中。这赋予spe与电极良好的接触。虽然，柔性聚合物主体材料和金属盐的结合确保了界面相容性，但spe的离子电导率在室温下通常小于10-5s cm-2，即spe受到低离子电导率的严重影响，仍需要改进。此外，锌离子、镁离子、钙离子等多价离子比锂离子具有更高的电荷密度和更强的库伦力，这意味着使用传统方法有效制备多价离子固态电解质非常困难。
2、spe中离子传输的能力主要取决于两个方面。一方面，金属盐需要分散在聚合物碳骨架上的吸电子基团来帮助解离以产生自由离子，其中增强阴离子与聚合物之间的相互作用可以大大提高离子的导电性和转移数。例如，单离子导电聚合物和聚合物整合无机填料，都是基于此来获得更多的游离离子，以用于改善离子电导率。另一方面，spe中离子传输的能力取决
3、因此，提供一种新型的锌基固态电解质及其制备方法和电化学器件已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的一个目的在于提供一种锌基固态电解质。本专利技术所提供的该锌基固态电解质是一种具有基于晶界的快速锌离子传输路径的水合氢键有机无机离子共晶固态电解质。
2、本专利技术的另一个目的还在于提供以上所述锌基固态电解质的制备方法。
3、本专利技术的又一个目的还在于提供一种电化学器件，其中，所述电化学器件包括以上所述的锌基固态电解质。
4、为了实现以上目的，一方面，本专利技术提供了一种锌基固态电解质，其中，所述锌基固态电解质包括：水合氢键有机无机离子共晶，且所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上存在空位；
5、其中，所述水合氢键有机无机离子共晶的结构式为zn(m)4(n)x·6h2o/yzn(n)x·6h2o，式中，m为咪唑类配体，n为无机阴离子，x＝1或2，0≤y≤0.75；
6、所述水合氢键有机无机离子共晶中，锌离子和四个咪唑以及周围的无机阴离子基团组成四面体单元，所述四面体单元沿b轴均匀堆叠形成柔性三维氢键框架结构；
7、所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上吸附有表面水分子。
8、本专利技术中，于水合氢键有机无机离子共晶中，当无机阴离子为-1价时，x＝2；当无机阴离子为-2价时，x＝1。
9、本专利技术中，晶界是指晶体的表面。
10、作为本专利技术以上所述锌基固态电解质的一具体实施方式，其中，当0<y≤0.75时，所述锌基固态电解质还包括吸附在所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上的锌离子，即对应为水合氢键有机无机离子共晶的结构式zn(m)4(n)x·6h2o/yzn(n)x·6h2o中的“yzn(n)x·6h2o”，且所述锌离子于晶界上形成锌离子传输通道。
11、作为本专利技术以上所述锌基固态电解质的一具体实施方式，其中，所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上通过氢键吸附表面水分子。
12、作为本专利技术以上所述锌基固态电解质的一具体实施方式，其中，y＝0、0.25、0.5或者0.75。其中，当水合锌盐与咪唑类配体的摩尔比分别为1:4、1:3、1:2、1:1时，y对应取值为0、0.25、0.5或者0.75。
13、作为本专利技术以上所述锌基固态电解质的一具体实施方式，其中，所述咪唑类配体包括咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑或者4-甲基咪唑等。
14、作为本专利技术以上所述锌基固态电解质的一具体实施方式，其中，所述无机阴离子包括clo4-、no3-或者so42-等。
15、另一方面，本专利技术还提供了以上所述的锌基固态电解质的制备方法，其中，所述制备方法包括：
16、将水合锌盐与咪唑类配体混合均匀，再将混合物冷却后即得到所述的锌基固态电解质。
17、作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，水合锌盐与咪唑类配体的摩尔比为1:1-1:4。
18、作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，水合锌盐包括六水合高氯酸锌、六水合硫酸锌或者六水合硝酸锌等。
19、作为本专利技术以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，所述冷却为冷却至室温(25℃)。
20、本专利技术仅在室温下搅拌水合锌盐和咪唑类配体，再对所得混合物进行静置、冷却后即可得到锌基固态电解质。与现有技术相比，该制备工艺简单、成本低廉。
21、又一方面，本专利技术还提供了一种电化学器件，其中，所述电化学器件包括以上所述的锌基固态电解质。
22、作为本专利技术以上所述电化学器件的一具体实施方式，其中，所述电化学器件包括正极和负极，其中，所述负极为锌箔，所述的锌基固态电解质涂覆在锌箔上。其中，所述锌基固态电解质需要均匀、致密地涂覆在锌箔上，以于锌箔上形成致密，均匀的锌基固态电解质涂层。
23、作为本专利技术以上所述电化学器件的一具体实施方式，其中，所述电化学器件的正极包括活性炭、mno2、v2o5或者普鲁士蓝类似物等。
24、作为本专利技术以上所述电化学器件的一具体实施方式，其中，所述电化学器件包括可充电的离子电池、电容器或者锌空气电池等。本专利技术所提供的该锌基固态电解质具有极高的离子电导率和优异的电化学稳定性，可与可充电的离子电池、电容器或者锌空气电池等电化学器件相兼容。
25、本专利技术提供了一种锌基固态电解质(zse)，其中水合氢键有机无机离子共晶作为主体材料来偶联锌盐，该zse仅通过简单地混合水合锌盐和咪唑类配体即可制得。水合氢键有机无机离子共晶是通过锌离子与咪唑类配体之间的配位反应形成的，与此同时，由于晶体，即共本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锌基固态电解质，其特征在于，所述锌基固态电解质包括：水合氢键有机无机离子共晶，且所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上存在空位；
2.根据权利要求1所述的锌基固态电解质，其特征在于，当0<y≤0.75时，所述锌基固态电解质还包括吸附在所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上的锌离子，且所述锌离子于晶界上形成锌离子传输通道。
3.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上通过氢键吸附表面水分子。
4.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，y＝0、0.25、0.5或者0.75。
5.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述咪唑类配体包括咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑或者4-甲基咪唑。
6.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述无机阴离子包括ClO4-、NO3-或者SO42-。
7.权利要求1-6任一项所述的锌基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，水合锌盐包括六水合高氯酸锌、六水合硫酸锌或者六水合硝酸锌。
10.一种电化学器件，其特征在于，所述电化学器件包括权利要求1-6任一项所述的锌基固态电解质。
11.根据权利要求10所述的电化学器件，其特征在于，所述电化学器件包括正极和负极，其中，所述负极为锌箔，所述的锌基固态电解质涂覆在锌箔上。
12.根据权利要求10或11所述的电化学器件，其特征在于，所述电化学器件的正极包括活性炭、MnO2、V2O5或者普鲁士蓝类似物。
13.根据权利要求10或11所述的电化学器件，其特征在于，所述电化学器件包括可充电的离子电池、电容器或者锌空气电池。
...【技术特征摘要】
1.一种锌基固态电解质，其特征在于，所述锌基固态电解质包括：水合氢键有机无机离子共晶，且所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上存在空位；
2.根据权利要求1所述的锌基固态电解质，其特征在于，当0<y≤0.75时，所述锌基固态电解质还包括吸附在所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上的锌离子，且所述锌离子于晶界上形成锌离子传输通道。
3.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述水合氢键有机无机离子共晶的晶界上通过氢键吸附表面水分子。
4.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，y＝0、0.25、0.5或者0.75。
5.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述咪唑类配体包括咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑或者4-甲基咪唑。
6.根据权利要求1或2所述的锌基固态电解质，其特征在于，所述无机阴离子包括clo4-、no3-或者so42-。
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