System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池制造技术_技高网

一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池制造技术

技术编号:40876738 阅读:10 留言:0更新日期:2024-04-08 16:46
本发明专利技术公开了一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池。该全固态锂硫电池包括正极、三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质和负极;所述三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质由三维金属有机骨架静电纺丝膜、聚合物高分子和锂盐组成,以三维金属有机骨架静电纺丝膜构筑成高度有序三维连接网络骨架,聚合物高分子与锂盐填充于三维金属有机骨架连接网络中;三维金属有机框架静电纺丝膜的质量分数为10%‑15%,聚合物高分子的质量分数为55%‑75%,锂盐的质量分数15%‑30%。本发明专利技术全固态锂硫电池的比容量高、循环性能好;本发明专利技术生产过程便捷,成本较低,适用于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于全固态锂硫电池,具体涉及一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池


技术介绍

1、近二十年来,锂离子电池以其优异的性能被移动电子终端设备、电动汽车以及智能电网等各种系统和场景广泛地应用,不断推动着我们社会和生活的进步。与此同时,当下人们对于电池能量密度的追求愈发强烈。然而,锂电池因为本身能量密度(120~180wh kg-1)的限制使其发展遇到瓶颈。锂硫电池凭借着高能量密度和高比容量走入了大家的视野,且含量丰富环境友好,该电池的发展成为了热点。锂硫电池由于硫正极和锂金属负极具有高的理论比容量(锂金属~3800mah g-1,硫~1675mah g-1),使得锂硫电池具有高的理论比能量(2600wh kg-1)。但是,但是当下锂硫电池同样存在许多问题,包括正极材料在放电过程中易产生多硫化物,并在电解液中溶解,严重影响电池中li+沉积与脱嵌的可逆性,造成电池容量衰减严重,该效应称为锂硫电池的穿梭效应。与此同时,活性物质硫易溶于有机电解液中,导致电池循环性能差,衰减严重。若采用固态电解质替换传统锂硫电池中的醚类电解液,可以有效抑制多硫化物的穿梭以及活性物质在电解液中的溶解,对提升电池性能有极大帮助。目前,固态电解质可以分为两类:聚合物电解质和无机固态电解质。无机陶瓷固态电解质的主要优点是其室温离子电导率高、机械强度高和不易燃。但无机陶瓷固态电解质脆性大,且锂离子会沿着晶界生长,这些不足阻碍了它们在全固态锂电池中的实际应用。聚合物电解质材料质轻、粘弹性好,易成膜、电化学及化学稳定性好,但是低温下离子电导率低。目前,如何提高固体聚合物电解质的离子电导率是其应用所面临的重要挑战之一。无机/有机复合型固态电解质的设计能够结合上述两个固态电解质类别的优势,在固态电池领域中展示出可观的前景。其中将纳米无机填料引入固体聚合物电解质的基体中形成复合固体聚合物电解质是提高离子电导率最有效的策略之一。金属有机骨架(metal organicframeworks,mofs)材料具有结构多样、孔径可调、易于化学修饰和稳定性高等优点,活化后具有大量不饱和金属位点,非常适合用于复合固态电解质领域。mofs可起到以下几方面的作用:(1)由于mofs基元具有高度有序的微孔结构、较高的表面能和较强的吸附能力,可以阻止多硫化物的穿梭;(2)微孔特征和有序通道有助于提高锂离子在充放电过程中的均匀性,促进稳定界面层的形成,提高循环稳定性;(3)mofs结构中的开放金属位点与锂盐阴离子结合,限制了锂盐的阴离子的运动,有助于锂离子的传输。但目前为止,有机无机复合的电解质几乎都以有机物作为主体,通过掺杂不同的无机填料如纳米颗粒、纳米线等来提升电解质的性能,但是这些填料具有较低的纵横比,使得li+的传输路径是短程和孤立的,对于电导率的提升是有限的。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池。该固态电解质有效地抑制了多硫化物的穿梭和提高界面稳定性。

2、本专利技术制备了一种三维连续的mofs纤维膜,通过将有机物灌入到mofs纤维膜当中,制备了三维连续导电相的有机无机复合电解质,相比于普通的将无机物(纳米颗粒、纳米线)填充到聚合物中,这种结构使得锂离子具有长程的快速传输通道,大大提高了复合电解质的电导率及离子迁移数。该复合电解质60℃下电导率可达10-4~10-3s cm-1,60℃下离子迁移数高达0.6~0.7,应用于全固态锂硫电池具有比容量高、循环性能好的特点。

3、为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:

4、一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,包括正极、三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质和负极;

5、所述三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质由三维金属有机骨架静电纺丝膜、聚合物高分子和锂盐组成,以三维金属有机骨架静电纺丝薄膜构筑成高度有序三维连接网络骨架,聚合物高分子与锂盐填充于三维金属有机骨架连接网络中;三维金属有机框架静电纺丝膜的质量分数为10%-15%,聚合物高分子的质量分数为55%-75%,锂盐的质量分数15%-30%。

6、优选地,所述金属有机骨架为zif-8-nh2、uio-66-nh2、mil-125-nh2、kust-1-nh2中的一种或者多种。

7、进一步优选地,所述金属有机骨架为mil-125-nh2。

8、优选地,所述聚合物高分子为聚环氧乙烷peo、聚偏氟乙烯pvdf、聚偏氟乙烯-co-六氟丙烯pvdf-hfp、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚乙二醇peg、聚乙烯醇pva、聚氯乙烯pvc和聚碳酸丙烯酯ppc中的一种或多种。

9、优选地,所述锂盐为高氯酸锂liclo4、双三氟甲基磺酰亚胺锂litfsi、双氟磺酰亚胺锂lifsi、硝酸锂lino3、硼酸锂libo3和氯化锂licl中的一种或多种。

10、优选地,所述正极包括kb@s、peo/litfsi和导电剂super p;所述kb@s、peo/litfsi和导电剂super p的质量比为5-7:2-4:1;所述peo/litfsi中按照摩尔比eo:li=10~20:1

11、进一步优选地,所述peo/litfsi中按照摩尔比eo:li=20:1。

12、优选地,所述三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的制备方法包括以下步骤:

13、(1)将金属有机骨架与聚丙烯腈pan分散在溶剂中,并通过静电纺丝技术制备三维金属有机框架静电纺丝膜;

14、(2)将聚合物高分子与锂盐溶于溶剂中,加热搅拌至完全溶解,得到均匀的聚合物锂盐溶液;

15、(3)将步骤(2)的聚合物锂盐溶液浇筑在步骤(1)的三维金属有机骨架静电纺丝膜上,使得聚合物锂盐溶液完全填充三维金属有机骨架静电纺丝膜,干燥后得到三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质。

16、进一步优选地,步骤(1)所述金属有机骨架与聚丙烯腈pan的质量比为1:3~5:1。

17、进一步优选地,步骤(2)所述聚合物高分子中的官能团与锂盐中的锂离子的摩尔比为10:1~20:1。

18、进一步优选地,步骤(3)所述三维金属有机骨架静电纺丝膜和聚合物锂盐溶液的质量比为1:10~1:5。

19、进一步优选地,步骤(3)所述干燥为真空干燥;所述干燥的温度为60~100℃,干燥的时间为6~24h。

20、进一步优选地,步骤(1)所述金属有机骨架的制备方法包括以下步骤:将金属盐和有机配体溶解在溶剂中,通过溶剂热法,制备出具有金属离子和有机配体配位的多孔金属有机骨架,干燥得到金属有机骨架。更优选地,所述干燥为真空干燥;所述干燥的温度为60~180℃。

21、本专利技术和现有技术相比,具有如下优点:

22、(1)本专利技术通过静电纺丝技术将mofs基元与聚合物相结合制备出高性能的质轻薄层mofs-聚合物电解质,为mofs基复本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,包括正极、三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质和负极;

2.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述金属有机骨架为ZIF-8-NH2、UiO-66-NH2、MIL-125-NH2、KUST-1-NH2中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述聚合物高分子为聚环氧乙烷PEO、聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯-co-六氟丙烯PVDF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙二醇PEG、聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯PVC和聚碳酸丙烯酯PPC中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述锂盐为高氯酸锂LiClO4、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、双氟磺酰亚胺锂LiFSI、硝酸锂LiNO3、硼酸锂LiBO3和氯化锂LiCl中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述正极包括KB@S、PEO/LiTFSI和导电剂Super P;所述KB@S、PEO/LiTFSI和导电剂Super P的质量比为5-7:2-4:1;所述PEO/LiTFSI中按照摩尔比EO:Li=10~20:1。

6.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的制备方法包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,步骤(1)所述金属有机骨架与聚丙烯腈PAN的质量比为1:3~5:1。

8.根据权利要求6所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,步骤(2)所述聚合物高分子中的官能团与锂盐中的锂离子的摩尔比为10:1~20:1。

9.根据权利要求6所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,步骤(3)所述三维金属有机骨架静电纺丝膜和聚合物锂盐溶液的质量比为1:10~1:5。

10.根据权利要求6所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,步骤(3)所述干燥为真空干燥;所述干燥的温度为60~100oC,干燥的时间为6~24h。

...

【技术特征摘要】

1.一种基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,包括正极、三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质和负极;

2.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述金属有机骨架为zif-8-nh2、uio-66-nh2、mil-125-nh2、kust-1-nh2中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述聚合物高分子为聚环氧乙烷peo、聚偏氟乙烯pvdf、聚偏氟乙烯-co-六氟丙烯pvdf-hfp、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚乙二醇peg、聚乙烯醇pva、聚氯乙烯pvc和聚碳酸丙烯酯ppc中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述锂盐为高氯酸锂liclo4、双三氟甲基磺酰亚胺锂litfsi、双氟磺酰亚胺锂lifsi、硝酸锂lino3、硼酸锂libo3和氯化锂licl中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于三维金属有机框架纳米纤维复合固态电解质的全固态锂硫电池,其特征在于,所述正极包括kb@s、peo/litfsi和导...

【专利技术属性】
技术研发人员:张磊李佳毕然
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1