【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钾离子电池材料，特别涉及一种韧性钾离子固态电解质膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着二次电化学储能装置需求的大幅度提升，但因锂资源储量少且分布严重不均、以及能量密度提升缓慢，成本下降并不迅速等诸多因素的限制，导致锂电池发展似乎遇到了一个“瓶颈期”。
2、钾离子电池(ki bs)也因其在地壳中的丰度高、均匀分布和能量密度高而引起了人们的极大关注。其中，作为电池不可缺少的一部分，电解质会影响电池容量，倍率能力，循环寿命和安全性。作为常规的液态电池由于使用了大量的有机溶剂，使其具有易燃、易挥发和易泄露等安全隐患，同时由于k+/k氧化还原的高电势，钾离子电池中的电解质会遭受严重的分解和一些副反应，因此，对于高安全和高能量密度固态电化学储能器件的需求与日俱增，进一步促进了固体电解质的发展。与电解液相比，固体电解质在化学和电化学稳定性、热稳定性及力学性能等方面具有明显优势。
3、然而，对于影响固态电化学器件性能的关键因素之一的离子电导率，因固体间的界面接触、以及氧化物固态电解质中的固体颗粒堆积带来的大量空隙，导致钾离子传输受阻，因此，提高固态电解质的传输速率和减少界面内阻需要进一步关注。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种韧性钾离子固态电解质膜及其制备方法和应用，通过将层状碳化钛剥离成二维的、小片径的碳化钛少层纳米片后，与固体电解质混合充分分散后，置于模具中保温保压后脱模，得到固态电解质分布在二维层状碳化钛的片层表面和间隙中的韧性钾离子固态电解质
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种韧性钾离子固态电解质膜，所述韧性钾离子固态电解质膜包括：固态电解质和二维层状碳化钛；
3、所述二维层状碳化钛为少层纳米片；所述二维层状碳化钛的片与片之间存在间隙；
4、所述固态电解质分布在所述二维层状碳化钛的片层表面和层间间隙中；
5、所述固态电解质为氧化物固体电解质，化学通式为：kraxbyoz，其中，0≤x＜10、0≤y＜20、0≤z＜20，0＜r＜5；a包括：ga、sr、ba、la、gd、fe、ta、mg中的一种或多种；b包括：ti、zr、sn、fe、mo、v、p、n中的一种或多种。
6、优选的，所述二维层状碳化钛的片径为1nm-500nm；
7、所述固态电解质的粒径dv50在1nm-10μm之间。
8、优选的，所述固态电解质的质量占所述韧性钾离子固态电解质膜总质量的百分比为70％-95％；
9、所述二维层状碳化钛的质量占所述韧性钾离子固态电解质膜总质量的百分比为5％-30％。
10、第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的韧性钾离子固态电解质膜的制备方法，所述制备方法包括：
11、将含碳化钛的原料和lif+hc l刻蚀液混合、刻蚀，得到含层状碳化钛的溶液；
12、将含层状碳化钛的溶液过滤、烘干，得到层状碳化钛；
13、将层状碳化钛与有机溶剂混合后置于剥离设备中，在氩气或氮气气氛下，将层状碳化钛在有机溶剂中进行剥离、离心后，得到含二维层状碳化钛少层纳米片的上层清液；
14、用过滤膜过滤含碳化钛少层纳米片的上层清液，得到片径为1nm-500nm的二维碳化钛少层纳米片的溶液；
15、在惰性气氛下，将固态电解质与二维碳化钛少层纳米片的溶液混合，置于分散设备中分散1小时-20小时，然后在50℃-200℃保温1小时-10小时，再置于模具中，升温50℃-300℃，加压5t-100t，保温保压2小时-20小时后脱模，得到韧性钾离子固态电解质膜。
16、优选的，所述含碳化钛的原料包括：钛碳化铝ti3al c2和/或钛碳化硅ti3sic2；
17、所述刻蚀的时间为2小时-24小时。
18、优选的，所述有机溶剂包括：苯、甲苯、丙酮、甲醇、无水乙醇、异丙醇、己烷中的一种或多种；
19、所述剥离设备包括：分散机、超声机、砂磨机中的一种；所述剥离的时间为24小时-72小时；
20、所述离心设备为离心机；所述离心的时间为24小时-72小时。
21、优选的，所述过滤膜为超滤膜或微滤膜，具体包括：聚氟乙烯膜、聚砜膜、聚丙烯膜、氧化铝膜、氧化锆膜、醋酸纤维膜中的一种或多种；
22、所述过滤膜的的孔径为1nm-500nm；所述过滤膜的运行压力为0.05mpa-0.7mpa。
23、优选的，所述固态电解质为氧化物固体电解质，化学通式为：kraxbyoz，其中，0≤x＜10、0≤y＜20、0≤z＜20，0＜r＜5；a包括：ga、sr、ba、la、gd、fe、ta、mg中的一种或多种；b包括：t i、zr、sn、fe、mo、v、p、n中的一种或多种；
24、所述固态电解质分布在所述二维层状碳化钛的片层表面和层间间隙中。
25、第三方面，本专利技术实施例提供了一种全固态钾离子电池，所述全固态钾离子电池包括上述第一方面所述的韧性钾离子固态电解质膜。
26、本专利技术提供了一种韧性钾离子固态电解质膜及其制备方法和应用，通过将层状碳化钛剥离成二维的、小片径的碳化钛少层纳米片后，与固体电解质混合充分分散后，置于模具中保温保压后脱模，得到固态电解质分布在二维层状碳化钛的片层表面和间隙中的韧性钾离子固态电解质膜；本专利技术提供的韧性钾离子固态电解质膜利用碳化钛少层纳米片良好的柔韧性，一方面改善固态电解质薄片自身的脆性，防止在电池制作过程中，因固态电解质薄片的开裂而导致的电池成品率较低的问题，提高全固态电池的成品率；另一方面，在电池成品制造时，因固态电解质膜具有良好的柔韧性，使其与电池正负极极片可以形成一个稳定和亲密接触的界面，降低界面电阻，提高界面钾离子的扩散速率，提升离子电导率；此外，少层碳化钛纳米片也填充了固态电解质颗粒间的堆积空隙，提高钾离子的在固态电解质薄片内的传输速率；因此，将本专利技术的韧性钾离子固态电解质膜应用于全固态钾离子电池中，可以使其具有高倍率、低电阻、长循环寿命的性能。
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1.一种韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述韧性钾离子固态电解质膜包括：固态电解质和二维层状碳化钛；
2.根据权利要求1所述的韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述二维层状碳化钛的片径为1nm-500nm；
3.根据权利要求1所述的韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质的质量占所述韧性钾离子固态电解质膜总质量的百分比为70％-95％；
4.一种上述权利要求1-3任一所述的韧性钾离子固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含碳化钛的原料包括：钛碳化铝Ti3AlC2和/或钛碳化硅Ti3SiC2；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括：苯、甲苯、丙酮、甲醇、无水乙醇、异丙醇、己烷中的一种或多种；
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述过滤膜为超滤膜或微滤膜，具体包括：聚氟乙烯膜、聚砜膜、聚丙烯膜、氧化铝膜、氧化锆膜、醋酸纤维膜中的一种或多种；
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征
9.一种全固态钾离子电池，其特征在于，所述全固态钾离子电池包括上述权利要求1-3任一所述的韧性钾离子固态电解质膜。
...【技术特征摘要】
1.一种韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述韧性钾离子固态电解质膜包括：固态电解质和二维层状碳化钛；
2.根据权利要求1所述的韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述二维层状碳化钛的片径为1nm-500nm；
3.根据权利要求1所述的韧性钾离子固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质的质量占所述韧性钾离子固态电解质膜总质量的百分比为70％-95％；
4.一种上述权利要求1-3任一所述的韧性钾离子固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含碳化钛的原料包括：钛碳化铝ti3alc2和/或钛碳化硅ti3sic2；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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