[發明專利]一種鋰空氣電池超疏水固態電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202010077991.9
• 申請日: 2020-02-02
• 公開（公告）號: CN111342117B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王楠;韓貞毅;唐玲玲
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M12/08;H01M10/42;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及固態電池技術領域，尤其涉及一種鋰空氣電池超疏水固態電解質及其制備方法。超疏水固態電解質，由超疏水材料和固態電解質組成，超疏水材料噴涂在固態電解質表面。所述超疏水材料，是將納米氧化鈷、三氟乙基磺酸、PVA水溶液混合，加入庚烷作為溶劑進行加熱攪拌溶解，得到超疏水預處理溶液，噴涂在固態電解質表面得到。所述固態電解質的材料是由聚合物基體、鋰鹽和離子導電無機材料構成；將聚合物基體、鋰鹽和離子導電無機材料混合后，加入丙酮作為溶劑真空攪拌，再倒入模具加熱后真空干燥，得到固態電解質。

技術領域

本發明涉及固態電池技術領域，尤其涉及一種鋰空氣電池超疏水固態電解質及其制備方法。

背景技術

目前在純電動汽車領域內，為滿足動力電池高能量密度的需求，各國的研究人員在鋰空氣電池上投入大量的研究。在電池放電過程中，生成放電產物Li₂O₂，存儲在正極孔道內；充電時，放電產物分解。由于鋰空氣電池是一個半開放系統，當電池處于比較潮濕的環境中時，H₂O從正極進入到電池鋰負極，導致金屬Li表面生成LiOH等副產物，這些副產物可能會導致鋰晶枝的形成，使電池的安全性變差，降低電池的循環效率和使用壽命。

通過構造一種超疏水準固態電解質，為鋰空氣電池的鋰負極在潮濕空氣中工作提供了一種解決方案。固態電解質被廣泛接受是因為采用固態電解質可以有效抑制樹突生長，繼而提高可充電鋰電池的安全性，也被認為是液態有機電解質的最有希望的替代品。將聚合物基體、鋰鹽和鋰離子導電材料組合成固態電解質，具有穩定的機械強度，良好的熱穩定性，較高的離子傳導性和廣闊的電壓窗口，最重要的是，在電解質表面噴涂超疏水涂層后，有利于抑制水分子從正極進入到鋰負極。為了能夠利用上述的那些優異的性質，將這種超疏水固態電解質與鋰空氣電池結合起來，使電池能在潮濕的空氣中正常工作，并且達到較長的使用循環壽命和好的安全性。Haoshen Zhou課題組將具有超疏水性的二氧化硅和聚異丁烯粘合劑在庚烷中均勻混合后，獲得的漿料涂覆到無紡布上，獲得了超疏水準固態電解質膜(Shichao Wu,Jin Yi*,Kai Zhu,Songyan Bai,Yang Liu,Yu Qiao,MasayoshiIshida,Haoshen Zhou*,A Super-Hydrophobic Quasi-Solid Electrolyte for Li-O2Battery with Improved Safety and Cycle Life in Humid Atmosphere,Adv.EnergyMater.2016,7,1601759.)。采用該方法制備的固態電解質離子電導率比較低，電池的循環周期較短，倍率性能較差。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種超疏水固態電解質及其制備方法，超疏水電解質可以使鋰空氣電池在潮濕環境中正常工作，有效抑制水分子進入鋰負極，顯著提高鋰空氣電池的使用壽命和使用安全性。

實現本發明目的的技術解決方案為：

超疏水固態電解質，由超疏水材料和固態電解質組成，超疏水材料噴涂在固態電解質表面。所述超疏水材料，是將納米氧化鈷、三氟乙基磺酸、PVA水溶液混合，加入庚烷作為溶劑進行加熱攪拌溶解，得到超疏水預處理溶液，噴涂在固態電解質表面得到。所述固態電解質的材料是由聚合物基體、鋰鹽和離子導電無機材料構成，所述聚合物基體為聚丙烯酰胺，所述鋰鹽為雙丙二酸硼酸鋰衍生物(LiBMB-R)，所述離子導電無機材料為Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂；將聚合物基體、鋰鹽和離子導電無機材料混合后，加入丙酮作為溶劑真空攪拌，再倒入模具加熱后真空干燥，得到固態電解質。

本發明所述的超疏水固態電解質的制備方法，包括以下幾個步驟:

(1)將納米氧化鈷、三氟乙基磺酸和PVA水溶液進行混合后，加入庚烷作為溶劑在40～60℃下攪拌3h，得到超疏水預處理溶液；