[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

本發明提供了一種多孔塑晶復合物，所述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。本發明提供的多孔塑晶復合物，作為多孔塑晶電解質，具有穩定性好、離子電導率高且孔隙度可調等特點，應用于全固態金屬?空氣電池，作為電解質隔層和引入固態正極中，能夠有效的降低電解質隔層與電極之間的界面阻抗，而且由于其孔隙度可調，還能夠引入到固態正極中實現與活性材料緊密接觸的同時不阻礙氣體擴散，有效的增加了三相界面，增加反應位點，解決了現有的金屬?空氣電池存在的界面阻抗大和正極三相界面少的問題，提高了全固態鋰?氧氣電池的放電容量等電化學性能。

技術領域

本發明涉及金屬-空氣電池技術領域，涉及一種多孔塑晶復合物及其制備方法、金屬-空氣電池，尤其涉及一種全固態金屬-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。

背景技術

隨著電動汽車對續航里程的要求不斷提高，目前市場上主流的鋰離子電池已經無法滿足其需求。金屬空氣電池由于具有十倍于鋰離子電池的超高的能量密度而受到廣泛關注。空氣電池是化學電池的一種，構造原理與干電池相似，所不同的只是它的正極活性物質取自空氣中的氧或純氧，也稱為氧氣電池，按負極材料分類可以包括金屬空氣電池，如鋰-空氣電池、鉀-空氣電池、鈉-空氣電池、鋅-空氣電池、鋁-空氣電池以及鎂-空氣電池等。金屬空氣電池由正極、電解質和負極組成。正是由于金屬空氣電池極高的能量密度引起了廣泛關注，理論上來說，這種電池可以更小、更輕，具有超高的比能量，而且使用方便，成本廉價等優點，因而，被領域內認為是一種有前途的下一代儲能器件。

雖然金屬-空氣電池具有很多優勢，但是在投入實際生產之前還需要諸多方面的研究，仍然需要解決許多關鍵性問題，如安全性問題，常用的電解質為有機溶劑和鋰鹽混合而成的電解液。這種電解液由于含有大量的有機溶劑，因此具有易燃、泄露等安全隱患。而固態電解質因為不含有任何可燃物質，具有優異的安全性，成為近年來的研究熱點。

目前，對于全固態鋰-氧氣電池用固態電解質的研究主要集中在陶瓷電解質方面。雖然致密的陶瓷電解質目前可以達到媲美液態電解液的離子電導率，但是其硬度較大，和電極的界面接觸不良，形成較大的界面阻抗。

因此，如何制備更適宜的固態電解質，在解決金屬-空氣電池的安全性問題的同時，還能進一步提高金屬空氣電池的性能，已經成為該領域內眾多前沿科研人員廣為關注的焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種多孔塑晶復合物及其制備方法、金屬-空氣電池，特別是一種全固態金屬-空氣電池用多孔塑晶電解質。本發明提供的多孔塑晶固態電解質，是一種穩定的、離子電導率高且孔隙度可調的固態電解質，用于全固態金屬-空氣電池，能夠減少界面阻抗，同時有效增加三相界面，進而提高全固態金屬-空氣電池的性能。

本發明提供了一種多孔塑晶復合物，所述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。

優選的，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。

優選的，所述多孔的孔徑可調節；

所述多孔塑晶復合物還包括鋰鹽、聚合物和添加劑；

所述塑晶占多孔塑晶復合物的比例為30wt％～40wt％；

所述鋰鹽占多孔塑晶復合物的比例為7wt％～15wt％；

所述添加劑包括抗氧化劑。