CN108550904B - 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池 - Google Patents

一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池 Download PDF

Info

Publication number
CN108550904B
CN108550904B CN201810354634.5A CN201810354634A CN108550904B CN 108550904 B CN108550904 B CN 108550904B CN 201810354634 A CN201810354634 A CN 201810354634A CN 108550904 B CN108550904 B CN 108550904B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
array
electrolyte
bis
nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810354634.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108550904A (zh
Inventor
陈人杰
屈雯洁
闫明霞
温子越
邢易
李丽
吴锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201810354634.5A priority Critical patent/CN108550904B/zh
Publication of CN108550904A publication Critical patent/CN108550904A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108550904B publication Critical patent/CN108550904B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0091Composites in the form of mixtures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池,属于锂电池电解质材料技术领域。所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体混合物构成;所述阵列是由含锆的酯类有机物在超纯水作用下原位水解制得,表面呈多孔结构,内部分布均匀有垂直而有序的纳米孔道。所述纳米孔道为锂离子传输提供有序的直线通道,缩短离子的传输距离和时间。所述电解质由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解复合离子液体而制得;离子液体的复合使得电解质具有高的热稳定性,同时降低锂离子的传输势垒,提高离子电导率;所述方法操作简单、原料易得、绿色环保且易实现大规模生产。

Description

一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池
技术领域
本发明涉及一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池,属于锂电池电解质材料技术领域。
背景技术
传统锂二次电池一般采用有机液态电解质,这就不可避免地在锂二次电池体系中引入了易挥发、易燃及易爆的有机溶剂,成为电池严重的安全隐患。与液态电解质相比,固态电解质在热稳定性、化学稳定性、安全性以及电化学性能等方面尤为突出。因此,采用固态电解质代替传统有机液态电解质,有望从根本上解决电池的安全性问题。
就目前常规研究的锂离子固态电解质而言,无论是聚合物固态电解质还是无机固态电解质,锂离子在其内部的传输都要跃过较高的迁移势垒,并且要经过非直线式的传输通道,这些都在很大程度上降低了锂离子传输速率,延长了传输距离和传输时间。
现有报道一种介孔SiO2网络复合离子液体的新型复合电解质(Adv.Mater.2011,23,5081–5085),该电解质的固体骨架是由SiO2无序排列而成的网络结构,锂离子在其内部的传输路径交叉错杂。针对上述问题,确有必要合成一种可以为锂离子提供垂直有序传输路径的固态电解质。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种纳米多孔阵列状固态化电解质,所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列组成,有垂直而有序的纳米孔道,为锂离子的传输提供有序的直线通道,缩短离子的传输距离和传输时间。
本发明的目的之二在于提供一种纳米多孔阵列状固态化电解质的制备方法,所述电解质由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解复合离子液体而制得;离子液体的复合使得电解质具有高的热稳定性,同时降低锂离子的传输势垒,提高离子电导率。
本发明的目的之三在于提供一种锂电池,所述锂电池的电解质为本发明所述的一种纳米多孔阵列状固态化电解质,其安全性高,优选所述锂电池为锂二次电池。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种纳米多孔阵列状固态化电解质,所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体的混合物构成;
所述多孔纳米阵列是由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解制得,表面呈多孔结构,内部分布均匀有垂直而有序的纳米孔道,为锂离子的传输提供有序的直线通道;优选所述纳米孔道的孔径为50nm~200nm。
所述离子液体为锂电池领域中常规使用的离子液体;优选所述离子液体为N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基吡咯双氟甲磺酰亚胺盐和N-甲基,丁基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基哌啶双氟甲磺酰亚胺盐和N-甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐中的一种以上。
所述锂盐为锂电池领域中常规使用的锂盐;优选所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li(CF3SO2)2N,LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(Li(FSO2)2N,LiFSI)、全氟乙烷磺酰亚胺锂(Li(C2F5SO2)2N)和全氟甲烷磺酰甲基锂(LiC(CF3SO2)3)中的一种以上。
一种本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质的制备方法,所述方法步骤如下:
在充满保护气体且水分含量小于等于0.1ppm的环境下,将锂盐与离子液体混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入含锆的酯类有机物,混合均匀后加入超纯水,并不断搅拌至均匀后将混合物倒入模具中静置;待混合物固化成形后在80℃~100℃真空干燥,去除多余水分和杂质,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
其中,保护气体为惰性气体或氮气。
优选锂盐在混合溶液中的浓度为0.2mol·L–1~1.2mol·L–1
所述含锆的酯类有机物为锆酸四丁酯、四正丙基锆酸酯和四(三乙醇胺)锆酸酯中的一种以上。
优选超纯水为光谱级;
优选超纯水与含锆的酯类有机物的摩尔比为10~20:1。
优选离子液体与含锆的酯类有机物的摩尔比为0.25~2:1。
优选倒入模具中静置2d以上。
优选在80℃下真空干燥5d以上。
本发明所述一种纳米多孔阵列状固态化电解质在电池中的应用,所述电解质适用于锂电池,尤其适用于锂二次电池。
一种锂电池,所述锂电池的电解质为本发明所述的一种纳米多孔阵列状固态化电解质,优选所述锂电池为锂二次电池。
有益效果
1.本发明提供了一种纳米多孔阵列状固态化电解质,所述电解质呈现纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为50nm~200nm;内部有垂直而有序的纳米孔道,为锂离子的传输提供有序的直线通道,缩短锂离子的传输路径和传输时间,提高电池的电化学性能;
2.本发明提供了一种纳米多孔阵列状固态化电解质,所述电解质比表面积大,能够复合高热稳定性的离子液体,为离子液体的附着提供大量的吸附位点,降低锂离子传输的迁移势垒,提高电解质的离子电导率,降低电解质阻抗及界面阻抗,提高电池的循环性能;
3.本发明提供了一种纳米多孔阵列状固态化电解质质,所述电解质机械强度高、成膜性好且易于加工成型;
4.本发明提供了一种纳米多孔阵列状固态化电解质的制备方法,所述方法操作简单、原材料易得、绿色环保且易于实现大规模生产;
5.本发明提供了一种锂电池,所述锂电池的电解质为本发明所述的一种纳米多孔阵列状固态化电解质,其安全性高。
附图说明
图1为实施例4中制备的纳米多孔阵列状固态化电解质表面的扫描电子显微镜图。
图2为实施例4中制备的纳米多孔阵列状固态化电解质表面的高倍率扫描电子显微镜图。
图3为实施例4中制备的纳米多孔阵列状固态化电解质截面的扫描电子显微镜图。
图4为实施例4中制备的纳米多孔阵列状的固态化电解质组装成锂二次电池后的充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。但本发明并不限于以下实施例。
以下实施例中,所用到的分析测试方法包括:
扫描电子显微镜(SEM)测试:型号HITACHI S-4800,日本;
LAND电池测试系统:型号CT2001A,中国武汉。
实施例中所述的锂二次电池制备方法如下:将活性电极材料LiFePO4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比混匀,并滴加5滴N-甲基吡咯烷酮,研磨成均匀的浆料;将浆料均匀涂布在Al箔上,放置于80℃的真空干燥箱内干燥24h,然后辊压、冲片得到厚度为100μm、直径为11mm的电极片;在充满氩气的手套箱中,将上述电极片、实施例制得的一种纳米多孔阵列状固态化电解质以及金属锂片依次放入2025的纽扣电池壳中,然后用压片机将电池壳压实扣紧,得到锂二次电池。
实施例1
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.62g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.35g锆酸四丁酯,混合均匀后加入2.20mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到148.1mAh·g-1,随着循环次数的增加,所述电池的充放电比容量衰减非常缓慢,循环50周后的放电比容量为145.8mAh·g-1,库伦效率高达99.9%。
实施例2
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.563g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.45g锆酸四丁酯,混合均匀后加入2.29mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到152.3mAh·g-1,随着循环次数的增加,所述电池的充放电比容量衰减非常缓慢,循环50周后的放电比容量为150.7mAh·g-1,库伦效率高达99.8%。
实施例3
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.469g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.45g锆酸四丁酯,混合均匀后加入2.29mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到153.1mAh·g-1,随着循环次数的增加,所述电池的充放电比容量衰减非常缓慢,循环50周后的放电比容量为150.5mAh·g-1,库伦效率高达99.9%。
实施例4
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.517g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.35g锆酸四丁酯,混合均匀后加入2.20mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,如图1所示,所述电解质表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;如图2所示,高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;如图3所示,可观测到所述电解质的截面具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,如图4所示,结果表明所述电池的首周放电比容量高达到146.9mAh·g-1,随着循环次数的增加,所述电池的充放电比容量衰减非常缓慢,循环50周后的放电比容量为144.2mAh·g-1,库伦效率高达100%。
实施例5
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.517g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入1.875g锆酸四丁酯,混合均匀后加入1.755mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到148.5mAh·g-1,随着循环次数的增加,所述电池的充放电比容量衰减非常缓慢,循环50周后的放电比容量为146.2mAh·g-1,库伦效率高达99.9%。
实施例6
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.517g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入3.525g锆酸四丁酯,混合均匀后加入3.30mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到138.5mAh·g-1,循环50周后的放电比容量为135.7mAh·g-1,库伦效率高达98%。
实施例7
在g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.00g四正丙基锆酸酯,混合均匀后加入1.88mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到148.5mAh·g-1,循环50周后的放电比容量为145.8mAh·g-1,库伦效率高达99%。
实施例8
在充满氩气且水分含量小于0.1ppm的手套箱内将0.469g双三氟甲烷磺酰亚胺锂与2.5g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入2.5g四正丙基锆酸酯,混合均匀后加入2.35mL光谱级超纯水,并不断搅拌,搅至呈均匀乳白色溶液后将混合物倒入模具中静置2d;待混合物固化成形后挪入真空干燥箱,80℃下加热干燥5d,得到本发明所述纳米多孔阵列状固态化电解质。
对本实施例制备的纳米多孔阵列状固态化电解质进行测试,结果如下:
(1)扫描电子显微镜(SEM)测试:
SEM测试结果表明所述电解质具有分布均匀的纳米多孔阵列结构,表面有分布均匀的大孔,孔径约为200nm;高放大倍率下可看到所述电解质的纳米颗粒周围包覆着均匀的离子液体;所述电解质的截面图可观测到具有垂直而有序的纳米孔道。
(2)LAND电池测试系统测试:
在0.1C的电流密度下进行锂二次电池的充放电测试,测试结果表明所述电池的首周放电比容量高达到150.2mAh·g-1,循环50周后的放电比容量为147.6mAh·g-1,库伦效率高达99.5%。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种纳米多孔阵列状固态化电解质,其特征在于:所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体的混合物构成;
所述多孔纳米阵列是由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解制得,表面呈多孔结构,内部分布均匀有垂直而有序的纳米孔道;
所述纳米孔道的孔径为50nm~200nm;
所述离子液体为N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种以上;
所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂和全氟甲烷磺酰甲基锂中的一种以上;
所述纳米多孔阵列状固态化电解质的制备方法步骤如下:
在充满保护气体且水分含量小于等于0.1ppm的环境下,将锂盐与离子液体混合,待锂盐完全溶解后得到混合溶液,加入含锆的酯类有机物,混合均匀后加入超纯水,并不断搅拌至均匀后将混合物倒入模具中静置;待混合物固化成形后在80℃~100℃真空干燥,去除多余水分和杂质,得到所述纳米多孔阵列状固态化电解质;
保护气体为惰性气体或氮气;
含锆的酯类有机物为锆酸四丁酯、四正丙基锆酸酯和四(三乙醇胺)锆酸酯中的一种以上;
锂盐在混合溶液中的浓度为0.2mol·L–1~1.2mol·L–1;超纯水与含锆的酯类有机物的摩尔比为10~20:1;离子液体与含锆的酯类有机物的摩尔比为0.25~2:1;
超纯水为光谱级;倒入模具中静置2d以上;在80℃下真空干燥5d以上。
2.一种锂电池,其特征在于:所述锂电池的电解质为如权利要求1所述的一种纳米多孔阵列状固态化电解质。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池,其特征在于:所述锂电池为锂二次电池。
CN201810354634.5A 2018-04-19 2018-04-19 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池 Active CN108550904B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810354634.5A CN108550904B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810354634.5A CN108550904B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108550904A CN108550904A (zh) 2018-09-18
CN108550904B true CN108550904B (zh) 2021-01-29

Family

ID=63515663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810354634.5A Active CN108550904B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108550904B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638356A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 北京理工大学 一种用于锂负极保护的准固态电解质及其制备方法
CN111740155A (zh) * 2019-03-25 2020-10-02 广州大学 一种基于铁柱撑黏土和离子液体的固体电解质及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62226815A (en) * 1986-03-27 1987-10-05 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd Production of zirconia base colloidal sol
CN101032684A (zh) * 2007-04-05 2007-09-12 武汉理工大学 一种制备分等级大孔/介孔二氧化钛光催化材料的无模板方法
CN103151557A (zh) * 2013-03-12 2013-06-12 北京理工大学 一种固态化复合电解质及其制备方法
CN103545549A (zh) * 2013-10-28 2014-01-29 北京理工大学 一种锂二次电池离子凝胶电解质及其制备方法
CN106058312A (zh) * 2016-07-18 2016-10-26 北京理工大学 一种固态化离子液体电解质、其制备方法及应用
CN107069079A (zh) * 2017-03-29 2017-08-18 北京理工大学 一种固态化电解质及其制备和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62226815A (en) * 1986-03-27 1987-10-05 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd Production of zirconia base colloidal sol
CN101032684A (zh) * 2007-04-05 2007-09-12 武汉理工大学 一种制备分等级大孔/介孔二氧化钛光催化材料的无模板方法
CN103151557A (zh) * 2013-03-12 2013-06-12 北京理工大学 一种固态化复合电解质及其制备方法
CN103545549A (zh) * 2013-10-28 2014-01-29 北京理工大学 一种锂二次电池离子凝胶电解质及其制备方法
CN106058312A (zh) * 2016-07-18 2016-10-26 北京理工大学 一种固态化离子液体电解质、其制备方法及应用
CN107069079A (zh) * 2017-03-29 2017-08-18 北京理工大学 一种固态化电解质及其制备和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zirconia-supported solid-state electrolytes for high-safety lithium secondary batteries in a wide temperature range;Renjie Chen et al;《Journal of Materials Chemistry A》;20171221;第5卷(第47期);第24677-24685页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108550904A (zh) 2018-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Low‐cost hollow mesoporous polymer spheres and all‐solid‐state lithium, sodium batteries
Yang et al. Highly Stable Lithium–Sulfur Batteries Based on Laponite Nanosheet‐Coated Celgard Separators
Wang et al. Poly (ethylene oxide)-co-poly (propylene oxide)-based gel electrolyte with high ionic conductivity and mechanical integrity for lithium-ion batteries
Chen et al. Porous cellulose diacetate-SiO2 composite coating on polyethylene separator for high-performance lithium-ion battery
Rohan et al. Functionalized meso/macro-porous single ion polymeric electrolyte for applications in lithium ion batteries
Wang et al. Polyethylene separators modified by ultrathin hybrid films enhancing lithium ion transport performance and Li-metal anode stability
CN106058312B (zh) 一种固态化离子液体电解质、其制备方法及应用
CN106169630B (zh) 锂空气电池和制造其的方法
He et al. Polydopamine coating layer modified current collector for dendrite-free Li metal anode
Zhai et al. Closely packed x-poly (ethylene glycol diacrylate) coated polyetherimide/poly (vinylidene fluoride) fiber separators for lithium ion batteries with enhanced thermostability and improved electrolyte wettability
CN104900848B (zh) 长寿命锂硫电池正极及锂硫电池的制备方法
CN108550904B (zh) 一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池
CN107221660B (zh) 一种柔性的锂硫电池正极材料
CN108394884A (zh) 一种壳聚糖基高比表面积氮/磷共掺杂碳纳米片的制备方法
KR20150052008A (ko) 하이브리드 전해질
Zhang et al. A novel PMA/PEG-based composite polymer electrolyte for all-solid-state sodium ion batteries
WO2016161920A1 (zh) 复合隔膜及其制备方法以及锂离子电池
JP2019059912A (ja) 改質セルロースをベースとする固体ポリマー電解質、及びリチウム又はナトリウム二次電池におけるその使用
Wu et al. Functional composite polymer electrolytes with imidazole modified SiO2 nanoparticles for high-voltage cathode lithium ion batteries
Zeng et al. Encapsulation of Sulfur into N‐Doped Porous Carbon Cages by a Facile, Template‐Free Method for Stable Lithium‐Sulfur Cathode
Abbas et al. Modified separators with ultrathin graphite coating simultaneously mitigate the issues of metal dendrites and lithium polysulfides to provide stable lithium–sulfur batteries
CN108923063A (zh) 一种固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法
Ye et al. Paraffin wax protecting 3D non-dendritic lithium for backside-plated lithium metal anode
Zhang et al. In situ generation of a soft–tough asymmetric composite electrolyte for dendrite-free lithium metal batteries
Shi et al. In-situ growth poly (N-methylaniline) coating on sulfur cathode for lithium-sulfur battery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant