【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固态电解质及其制备方法、应用和电化学装置。
技术介绍
1、近年来，以电动汽车为代表的新能源汽车迅速占领汽车市场，动力电池作为电动汽车中的核心部件，其性能对于电动汽车的实际使用性能具有巨大影响。目前商业化的动力电池的化学体系为锂离子电池，相比于传统使用电解液型的锂离子电池，全固态锂电池由于使用固态电解质取代了电解液和隔膜，电池更薄且体积更小，从而提升了电池的能量密度，并且电池的安全性能提升。
2、固态电池由正极、固态电解质、负极构成。近年来，分子筛也逐渐被作为固态电解质应用于电池体系中。但是，由于分子筛的离子电导率较低，通常难以直接用作固态电解质，往往是将其与聚合物电解质或离子液体配合使用。
3、例如，中国专利文献cn116666737a公开了一种复合固态电解质、锂电池及制备方法，通过将分子筛置于锂盐溶液中进行离子交换，得改性分子筛；再将聚合物、锂盐、改性分子筛和溶剂混合，得复合聚合物电解质；将复合聚合物电解质涂覆在多孔基膜上，得复合固态电解质，从而解决了现有锂电池机械强度差、锂离子电导率低等问题。
4、中国专利文献cn111755734a公开了一种分子筛负载型钠离子固态电解质及其制备方法和应用，其通过采用分子筛、离子液体和钠盐作为原料，制备得到了固态电解质，提升了固态电解质的离子电导率。
5、上述两篇专利文献是通过将分子筛与聚合物电解质或离子液体配合使用制备固态电解质，这种复合型的固态电解质在空气中不稳定，易吸水，不利于运输和保存。
6、因此，研发一种
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题在于克服现有技术中存在的分子筛的离子电导率低、不能单独作为固态电解质进行使用的缺陷，提供一种固态电解质及其制备方法、应用和电化学装置。本专利技术制备的固态电解质具有较高的离子电导率，可以单独作为固态电解质进行使用。
2、分子筛在作为固态电解质使用时通常存在离子电导率低的问题，现有技术一般是将分子筛与聚合物电解质或离子液体配合使用或者通过在分子筛中引入阳离子从而提高分子筛的离子电导率。分子筛中的氧负离子易与分子筛中的金属阳离子结合，从而阻碍阳离子的迁移，导致离子电导率较低。而本专利技术则是通过先将分子筛的金属阳离子交换为质子，干燥后，分子筛中的水分子蒸发，使得分子筛的铝氧四面体中的氧与质子结合形成oh；通过卤化反应将分子筛中的oh交换为卤素，从而降低分子筛中氧负离子的浓度，便于金属阳离子的迁移；另外，为了进一步提升金属阳离子的迁移速度，再将卤化反应后得到的分子筛与熔融后的碱金属盐进行煅烧处理，使得碱金属盐中的阳离子和阴离子引入分子筛中，碱金属盐中的阴离子会排布在分子筛孔道的边缘，从而使得碱金属阳离子可以更好地在孔道里自由穿梭，进一步提高了碱金属阳离子在孔道里的迁移速率，进而提升了固态电解质的离子电导率。
3、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题：
4、本专利技术提供了一种固态电解质的制备方法，其包括以下步骤：将分子筛-na在酸性溶液中进行离子交换，使得所述分子筛-na孔道中的阳离子被交换为质子；洗涤、干燥后，水分子蒸发，从而形成分子筛-h，所述分子筛-h的铝氧四面体中的氧与质子结合形成oh；通过卤化反应将所述分子筛-h中的oh交换为卤素x1(x1＝f、cl、br、i)，得到分子筛-x1；再将所述分子筛-x1和熔融后的ax2进行煅烧，使得所述ax2中的阳离子和阴离子得以进入所述分子筛-x1的孔道中，从而得到所述固态电解质ax2@分子筛-x1；
5、其中，所述酸性溶液的ph为1.2＜ph＜2.1；所述ax2包括碱金属卤化物和/或碱金属硫系化物；所述煅烧的温度为300-500℃。
6、本专利技术中，所述制备方法较佳地包括下述步骤：将分子筛-na在酸性溶液中进行离子交换、洗涤、干燥后，从而形成分子筛-h；将所述分子筛-h进行卤化反应得到分子筛-x1；再将所述分子筛-x1和熔融后的ax2进行煅烧，得到所述固态电解质ax2@分子筛-x1；
7、其中，所述酸性溶液的ph为1.2＜ph＜2.1；所述ax2包括碱金属卤化物和/或碱金属硫系化物；所述煅烧的温度为300-500℃。
8、本专利技术中，在酸性溶液中进行离子交换的过程中，酸性溶液中的ph对于分子筛的结构和分子筛孔道中的阳离子被交换为质子的程度有重要影响，当采用的酸的ph为1.2＜ph＜2.2时，分子筛孔道中的阳离子被交换为质子的程度越高，越有利于后续碱金属盐的进入。
9、本专利技术中，所述卤化反应的过程中，相较于负二价的氧，负一价的卤素离子通常具有较低的离子势(ф＝z/r)，其与碱金属离子之间的结合力较弱，有助于碱金属离子在孔道间的快速输运。
10、本专利技术中，所述分子筛-na的孔径可为0.5-100nm。
11、本专利技术中，所述分子筛-na的类型可为x型、a型、y型和zsm-5型中的一种或多种，例如x型。
12、本专利技术中，所述分子筛-na即表示阳离子为na离子的分子筛。
13、一具体实施方案中，所述分子筛-na的类型为nay型分子筛。
14、本专利技术中，所述分子筛-na中的na2o的质量分数可为8％-15％，例如12.5％。所述质量分数指na2o的质量占所述分子筛质量的百分比。
15、本专利技术中，所述分子筛-na中的硅铝比可为0.9-5。所述硅铝比指sio2/al2o3的摩尔比。
16、本专利技术中，所述酸性溶液的ph较佳地为1.8＜ph＜2.1，例如2.0。
17、本专利技术中，所述酸性溶液可包括醋酸、盐酸、苯甲酸、甲酸和水杨酸中的一种或多种，例如醋酸。
18、本专利技术中，所述酸性溶液的浓度可为1.5-4mol/l，例如2mol/l或3mol/l。
19、一具体实施方案中，所述酸性溶液为2mol/l的醋酸。
20、本专利技术中，所述分子筛-na的质量与所述酸性溶液的体积之比可为1：(40-80)g/ml，例如1:50g/ml。
21、本专利技术中，所述离子交换一般在室温下进行。
22、本专利技术中，所述离子交换的时间可为8-20h，例如12h。
23、本专利技术中，所述离子交换较佳地在搅拌状态下进行。所述搅拌的转速可为200-800rpm，例如400rpm。
24、本专利技术中，所述洗涤一般采用去离子水进行洗涤。所述洗涤的方式可为抽滤。所述洗涤的次数一般为三次以上。
25、本专利技术中，所述干燥的温度可为40-80℃，例如60℃。所述干燥的时间可为2-8h，例如3h。所述干燥一般在烘箱中进行。
26、本专利技术中，所述卤化反应的过程中，采用的含有所述卤素x1的物质可为卤素单质或铵盐。所述卤素单质例如可为液溴、氯气或碘单质。当所述卤素x1为f时，所述铵盐可为氟化铵或者氟氢化铵。
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【技术保护点】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将分子筛-Na在酸性溶液中进行离子交换，使得所述分子筛-Na孔道中的阳离子被交换为质子；洗涤、干燥后，水分子蒸发，从而形成分子筛-H，所述分子筛-H的铝氧四面体中的氧与质子结合形成OH；通过卤化反应将所述分子筛-H中的OH交换为卤素X1(X1＝F、Cl、Br、I)，得到分子筛-X1；再将所述分子筛-X1和熔融后的AX2进行煅烧，使得所述AX2中的阳离子和阴离子得以进入所述分子筛-X1的孔道中，从而得到所述固态电解质AX2@分子筛-X1；
2.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述分子筛-Na的孔径为0.5-100nm；
3.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液的pH为1.8＜pH＜2.1，例如2.0；
4.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述分子筛-Na的质量与所述酸性溶液的体积之比为1：(40-80)g/mL，例如1:50g/mL；
5.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述AX2
6.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述卤化反应的过程中，采用的含有所述卤素X1的物质为卤素单质或铵盐；
7.一种固态电解质，其特征在于，其按照权利要求1-6中任一项所述的固态电解质的制备方法制得；
8.一种固态电解质，其特征在于，其为分子筛型固态电解质，所述固态电解质中的阴离子包括Cl离子、Br离子、S离子和Se离子中的一种或多种。
9.一种如权利要求7或8所述的固态电解质在制备电池中的应用。
10.一种电化学装置，其特征在于，其包括如权利要求7或8所述的固态电解质；
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将分子筛-na在酸性溶液中进行离子交换，使得所述分子筛-na孔道中的阳离子被交换为质子；洗涤、干燥后，水分子蒸发，从而形成分子筛-h，所述分子筛-h的铝氧四面体中的氧与质子结合形成oh；通过卤化反应将所述分子筛-h中的oh交换为卤素x1(x1＝f、cl、br、i)，得到分子筛-x1；再将所述分子筛-x1和熔融后的ax2进行煅烧，使得所述ax2中的阳离子和阴离子得以进入所述分子筛-x1的孔道中，从而得到所述固态电解质ax2@分子筛-x1；
2.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述分子筛-na的孔径为0.5-100nm；
3.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液的ph为1.8＜ph＜2.1，例如2.0；
4.如权利要求1或2所述的固态电解质的制备...
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