[發明專利]一種快速鋰離子傳輸材料及其制備方法以及應用

在審

• 申請號: 202010640875.3
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111755744A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 梁建華;鄧偉;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M4/62
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發明提供了一種快速鋰離子傳輸材料的制備方法，包括以下步驟：將氧化石墨烯的溶液、有機鋰鹽、活化劑和縮合劑混合進行反應，得到快速鋰離子傳輸材料；所述有機鋰鹽為選自腺苷?5’?二磷酸三鋰鹽、腺苷5?O?硫一磷酸二鋰鹽或鳥苷5?O?(3?硫代三磷酸)四鋰鹽。本發明提供的快速鋰離子傳輸材料應用到聚合物固態電解質或鋰金屬表面保護涂層時，添加量少，并且兼具良好機械性能和優異的鋰離子傳輸能力。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種快速鋰離子傳輸材料及其制備方法以及應用。

背景技術

在鋰金屬電池的固態電解質或者聚合物基保護層中，作為固態電解質或保護層往往都需要其具有較強的柔韌性、較高的機械強度和良好的鋰離子傳輸效率。聚合物因為具有良好的柔韌性能和一定的鋰離子傳輸能力受到研究人員的青睞。但是其機械性能較差和鋰離子傳輸能力不足是制約其發展的因素，于是，研究人員引入無機材料提升整體的機械性能或者鋰離子傳輸能力，從而實現無機-有機協同效應，從而提升材料整體性能。

現有的無機填料添加到無機-有機固態電解質或保護層中起到的作用比較單一。目前的無機填料可分為三類，1.無機納米顆粒填料；2.二維無機材料；3.引入具有鋰離子傳輸能力的無機顆粒；其中，無機納米顆粒填料，其自身不具備鋰離子傳輸能力，通過加入聚合物后可增加聚合物的非晶化程度，在一定的程度上提升鋰離子傳輸能力。但是，要求其尺寸需要保持在10nm-50nm的范圍內，對制備過程要求嚴格，同時為了達到聚合物有較高的非晶化程度，其在聚合物中的體積分數較高。對于二維無機材料，相比于無機納米顆粒，它具有更高的效率，加入較低的體積分數，就能達到不錯的使聚合物達到非晶化程度，達到提升鋰離子傳輸的能力，同時可以達到提升整體機械性能的要求。但是它自身仍不具備鋰離子傳輸能力，因此在提升鋰離子傳輸能力上作用有限。那么具有鋰離子傳輸能力的無機顆粒的最大的特點就是它自身具備鋰離子傳輸的能力，它也可以在一定程度上通過使聚合物非晶化進一步提升材料的鋰離子傳輸能力，但是，其仍然存在占的體積分數較大和機械性能較差的弊端。

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快速鋰離子傳輸材料及其制備方法以及應用，本發明提供的快速鋰離子傳輸材料應用到聚合物固態電解質或鋰金屬表面保護涂層時，添加量少，并且兼具良好機械性能和優異的鋰離子傳輸能力。

本發明提供了一種快速鋰離子傳輸材料的制備方法，包括以下步驟：

將氧化石墨烯的溶液、有機鋰鹽、活化劑和縮合劑混合進行反應，得到快速鋰離子傳輸材料；

所述有機鋰鹽選自腺苷-5’-二磷酸三鋰鹽、腺苷5-O-硫一磷酸二鋰鹽或鳥苷5-O-(3-硫代三磷酸)四鋰鹽。

優選的，所述氧化石墨烯與有機鋰鹽的質量比為1:(4～10)。

優選的，所述活化劑和縮合劑選自1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽和N-羥基丁二酰亞胺，或者二環己基碳二亞胺和1-羥基苯并三唑。

優選的，所述反應的溫度為25±10℃。

本發明還提供了一種上述制備方法制備得到的快速鋰離子傳輸材料。

本發明還提供了一種鋰金屬電池用固態電解質，包括上述快速鋰離子傳輸材料。

優選的，所述快速鋰離子傳輸材料在所述固態電解質中的添加量為0.5wt％～10wt％。

本發明還提供了一種金屬鋰負極表面保護涂層，包括上述快速鋰離子傳輸材料。

優選的，所述快速鋰離子傳輸材料在所述涂層中的添加量為0.5wt％～10wt％。

本發明還提供了一種鋰離子電池，包括上述快速鋰離子傳輸材料。