【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，更具体地，涉及一种固态有序电解质的制备方法。
技术介绍
1、固态电池与液体电解质基电池相比，具有不易燃、机械强度佳、化学稳定性好等优势，固态电池技术在很大程度上依赖于固体电解质，然而传统固体电解质的低离子导电率和较厚的电解质层导致巨大的界面阻抗和过电位，在较高的电压窗口和倍率下依然存在严重的热失效现象，造成较大的安全隐患，特别是聚合物基的固态电解质，如聚乙烯氧化物。为了提高固态电解质的离子电导率，进一步提高全固态电池的电化学性能及安全性，需要探索新型固体电解质，从根本上研究其离子传输机制、电化学稳定窗口和力学性能，并寻找改善性能的方法。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本专利技术的首要目的在于提供一种固态有序电解质的制备方法。该制备方法通过诱导固态电解质有序来提高其离子电导率，降低界面阻抗，从而有效改善全固态电池的热稳定性，保证全固态电池在高电压窗口和高倍率下的长循环和安全性。
2、为达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、本专利技术提供一种固态有序电解质的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一：利用模板法制备无机固态电解质基体；
5、步骤二：高温烧结，使所述无机固态电解质基体的表面和/或内部形成定向有序的多孔微结构。
6、在本专利技术的一个优选实施例中，所述无机固态电解质基体的表面和内部包括有若干定向有序的多孔微结构。
7、在本专利技术的一个优选实施例中，所述无机固态电解质基体的厚度
8、进一步，所述多孔微结构包括多个柱状结构、近柱状结构、线状结构、近线状结构、网状结构、多层网状结构中的一种或多种的组合。
9、在本专利技术的一个优选实施例中，所述多孔微结构为线状结构及近线状结构。
10、在本专利技术的一个优选实施例中，所述多孔微结构为多层网状结构，例如近似气凝胶骨架结构的三维网。
11、进一步，所述高温烧结具体包括以下操作：
12、在空气氛围中，以0.5～10℃·min-1的升温速率从室温升至350～500℃，再以1～20℃·min-1的升温速率升至1250～1500℃，保持12小时。优选为：以1～3℃·min-1的升温速率从室温升至350～500℃，再以3～5℃·min-1的升温速率升至1250～1500℃，保持12小时。其中，本专利技术采用两阶段的逐步升温过程，目的是防止模板因升温过快发生不均匀的形变，以及避免盐类迅速分解大量产气影响模板形貌。
13、进一步，所述模板法使用模板为生物质模板或非生物质模板；
14、所述生物质模板具有纤维管状结构；所述非生物质模板选自氧化石墨烯、mxene、六方氮化硼、金属有机骨架化合物、共价有机骨架化合物、层状双氢氧化物等二维材料中的一种或多种。
15、在本专利技术的一个优选的实施例中，所述生物质模板为木头或甘蔗。
16、在本专利技术的一个更优选的实施例中，所述生物质模板为密度为1g cm-3的木头。该密度的木头孔隙量适中，可以保证前体混合液的加入量，同时避免烧结过程中模板出现严重收缩情况。
17、在本专利技术的一个优选的实施例中，所述mxene材料包括但不限于ti3c2、ti2c、v2c、tivc、ti3cn、ti2n、v2n、v4c3、mo2ti2c3、mo2c等中的一种或多种；
18、所述金属有机骨架化合物包括但不限于网状金属-有机骨架材料(mof-5等)、类沸石咪唑酯骨架材料(zif-8、zif-67等)、莱瓦西尔骨架材料(mil-100、mil-101等)、孔-通道类骨架材料(hkust-1、aao等)等中的一种或多种；
19、所述共价有机骨架化合包括但不限于含硼类(cof-1、cof-5、cof-13等)三嗪类(ctf-1等)、亚胺类(cof-300等)、苯腙类、酮胺类、烯胺类、聚酰亚胺类(pi-cof-4、pi-cof-5等)、酞菁类和卟啉类(cof-366等)等中的一种或多种；
20、所述层状双氢氧化物包括但不限于蒙脱石、锌铝层状双氢氧化物、镍铝层状双氢氧化物等中的一种或多种。
21、进一步，步骤二之后，还包括在所述无机固态电解质基体中均匀注入有机固态电解质的步骤。
22、进一步，当所述模板为生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
23、1)将无机固态电解质所需原料分散在溶剂中，形成前体混合液；
24、2)生物质模板使用液氮快速冷冻成型后，进行冷冻干燥；
25、3)将冷冻干燥后的生物质模板浸泡在所述前体混合液中，一定时间后，使用液氮冷冻成型，冷冻干燥。
26、更进一步，在上述方法中，步骤2)中，所述生物质模板在冷冻之前还包括裁剪、依次使用乙醇和去离子水超声清洗的步骤。其中，裁剪可以根据需要裁剪为不同形状，优选为片状；所述超声清洗目的是将生物质模板孔道中的杂质去除。
27、可以理解，步骤3)中，冷冻干燥后的生物质模板浸泡在所述前体混合液中，需要等待一定时间，是为了使前体混合液能够充分进入生物质模板的孔隙内；可以选择常温浸泡、升温辅助浸泡(<100℃)或常温下抽负压辅助浸泡，其中，常温下抽负压(标准大气压以下)辅助浸泡可以更快的使前体混合液进入生物质模板的孔隙内。
28、进一步，当所述模板为非生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
29、1)将无机固态电解质所需原料分散在溶剂中，形成前体混合液；
30、2)非生物质模板的悬浊液与所述前体混合液置于敞口的容器中混合，超声分散；
31、3)利用液氮从所述容器的底部开始均匀降温，使容器内液体从下至上定向冷冻成型，冷冻干燥。
32、更进一步，在上述方法中，步骤2)中，所述悬浊液中，非生物质模板的浓度为2～20mg·g-1。
33、步骤3)中，所述容器底部与底部周围侧壁的导热系数不同，优选地，所述导热系数的差值至少为50w·(m·k)-1，更优选为100w·(m·k)-1。例如，所述容器底部的材质为黄铜，底部周围的侧壁材质为聚四氟乙烯。
34、所述冷冻成型所需时间为3～10分钟。其中，在本专利技术的一个具体实施例中，冷冻时间可以通过加入液氮的体积和/或液氮界面与冷冻容器底部的距离进行调控。
35、利用本专利技术限定的容器导热性、冷冻成型的时间、非生物质模板的浓度等参数可以获得有序度更高的无机固态电解质基体。
36、进一步，当模板为非生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
37、1)将无机有序固态电解质所需原料分散在溶剂中，形成前体混合液；
38、2)在非生物质模板的悬浊液中，加入锂盐溶液，搅拌均匀，获得混合液；
39、3)利用电场诱导使所述混合液中的非生物质模板垂直排列形成非生物质模板纳米壁；
40、4)将所述前体混合液与包含非生物质模板纳米壁的混合液混合，用液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态有序电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔微结构包括多个柱状结构、近柱状结构、线状结构、近线状结构、网状结构、多层网状结构中的一种或多种的组合。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结，具体包括以下操作：
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板法使用模板为生物质模板或非生物质模板；
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二之后，还包括在所述无机固态电解质基体中均匀注入有机固态电解质的步骤。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述模板为生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述模板为非生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述模板为非生物质模板时，步骤一，具体包括以下操作：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述电场诱导具体为循环伏安法；>
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当非生物质模板为氧化石墨烯、MXene、金属有机骨架化合物、六方氮化硼中的任一种或多种时，步骤一，具体包括以下操作：
...【技术特征摘要】
1.一种固态有序电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔微结构包括多个柱状结构、近柱状结构、线状结构、近线状结构、网状结构、多层网状结构中的一种或多种的组合。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结，具体包括以下操作：
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板法使用模板为生物质模板或非生物质模板；
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二之后，还包括在所述无机固态电解质基体中均匀注入有机固态电解质的步骤。
6.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛面起，杜雨航，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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