[發明專利]一種全固態金屬-空氣電池用多孔塑晶電解質及其制備方法、全固態金屬-空氣電池

有效

• 申請號: 202010092815.2
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111269509B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 張新波;王金;鮑迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K5/435;C08K5/13;C08K5/315;C08J9/28;H01M10/0565;H01M10/058;H01M12/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王小清

1.一種固態多孔塑晶復合物，其特征在于，所述固態多孔塑晶復合物具有類球形顆粒堆疊形成的多孔形貌；

所述塑晶包括丁二腈；

所述多孔的孔徑可調節；

所述塑晶占固態多孔塑晶復合物的比例為30wt%~40wt%；

所述固態多孔塑晶復合物還包括鋰鹽和聚合物。

2.根據權利要求1所述的固態多孔塑晶復合物，其特征在于，所述類球形顆粒包括球形顆粒和/或橢球形顆粒；

所述堆疊包括堆積、相連、相鄰和粘連中的一種或多種；

所述類球形顆粒的直徑為5~20μm；

所述多孔包括蜂窩狀孔洞；

所述多孔的孔徑為10~200μm 。

3.根據權利要求1所述的固態多孔塑晶復合物，其特征在于，所述固態多孔塑晶復合物還包括添加劑；

所述鋰鹽占固態多孔塑晶復合物的比例為7wt%~15wt%；

所述添加劑包括抗氧化劑。

4.根據權利要求3所述的固態多孔塑晶復合物，其特征在于，所述鋰鹽包括三氟甲磺酸鋰、高氯酸鋰、硝酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或多種；

所述聚合物包括聚環氧乙烷、聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種或多種；

所述聚合物占固態多孔塑晶復合物的比例為30wt%~40wt%；

所述抗氧化劑包括二丁基羥基甲苯；

所述添加劑占固態多孔塑晶復合物的比例為10wt%~15wt%；

所述固態多孔塑晶復合物用于金屬-空氣電池的固態多孔塑晶電解質。

5.一種如權利要求1~4任意一項所述的固態多孔塑晶復合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）在保護氣體的條件下，將塑晶、鋰鹽、聚合物、添加劑和溶劑加熱混合后，得到均相混合溶液；

2）根據熱致相分離的原理，將上述步驟得到的均相混合溶液復合在基底上，在一定溫度下去除溶劑后，得到固態多孔塑晶復合物。

6.根據權利要求5所述的制備方法，在特征在于，所述加熱混合的溫度為60~80℃；

所述加熱混合的時間為5~8小時；

所述溶劑包括二甲基亞砜、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一種或多種；

所述塑晶與所述溶劑的質量體積比為1g：（4~8）mL；

所述溶劑為超干溶劑；

所述復合的方式包括流延、傾倒、涂抹、涂刷、噴涂、噴灑和滴涂中的一種或多種；

所述一定溫度為20~35℃；

所述去除溶劑的時間為24~48小時；

所述固態多孔塑晶復合物的厚度為80~150μm。

7.一種金屬-空氣電池，其特征在于，包括權利要求1~4任意一項所述的固態多孔塑晶復合物或權利要求5~6任意一項所述的制備方法所制備的固態多孔塑晶復合物。

8.根據權利要求7所述的金屬-空氣電池，其特征在于，所述金屬-空氣電池包括正極、電解質隔層和負極鋰片；

所述正極包括集流體、復合在集流體上的導電材料以及包覆在導電材料表面的電解質；

所述電解質隔層位于正極和負極鋰片之間；

所述金屬-空氣電池為全固態金屬-空氣電池。

9.根據權利要求8所述的金屬-空氣電池，其特征在于，所述正極包括多孔固態正極；

所述電解質包括多孔塑晶固態電解質；

所述電解質隔層包括多孔塑晶固態電解質隔層；

所述多孔塑晶固態電解質包括所述固態多孔塑晶復合物。

10.根據權利要求8所述的金屬-空氣電池，其特征在于，所述集流體的形狀包括可透氣箔狀或網狀；

所述集流體包括不銹鋼網、泡沫鎳、導電碳布和導電碳紙中的一種或多種；

所述導電材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管、炭纖維、無定形碳、碳氣凝膠和納米多孔碳中的一種或多種；

所述導電材料的負載量為0.05~0.5 mg/cm²；

所述包覆在導電材料表面的電解質的負載量為17.7~53.4 mg/cm²；

所述電解質隔層的厚度為80~150μm 。