[發(fā)明專利]一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系及其制作方法和應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210346107.6
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114784383A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易先輝;魯兵安;許志
• 申請（專利權(quán)）人: 福建新峰二維材料科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/054;H01M10/36
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張娟娟

本發(fā)明涉及一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系，它包括金屬鹽電解液及金屬有機骨架化合物；所述金屬有機骨架化合物內(nèi)具有埃級的固體離子阱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的在于提供一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系及其制作方法和應(yīng)用，避免電解質(zhì)體系因存在游離的溶劑分子而造成電池安全風(fēng)險和電化學(xué)性能差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系及其制作方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

大力發(fā)展用于消費電子、電動汽車和電網(wǎng)儲能的電源是經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇。雖然鋰離子電池(LIBs)是當(dāng)今社會儲能最多的裝置之一，但有限的鋰資源限制了其在大規(guī)模生產(chǎn)的電動汽車和插電式混合動力汽車中的進一步應(yīng)用。在下一代電池中，鉀離子電池(PIBs)因其低成本而備受關(guān)注和探索，鉀資源豐富，能量密度高，因此被認(rèn)為是LIBs的合適替代品。然而，目前的PIBs通常都是基于液體電解液(醚和碳酸酯溶劑)，其中含有游離有機溶劑分子。電解液中的游離有機溶劑分子易燃、易揮發(fā)、易氧化，在過熱和火災(zāi)等方面都存在嚴(yán)重的安全問題。此外，電極方面，尤其是鉀負(fù)極，也需要有一種能夠在長期充電/放電循環(huán)過程中對抗不可逆反應(yīng)和枝晶生長的電解液。

眾所周知，在傳統(tǒng)的液體(如有機溶劑和水)電解液體系中，游離的液體溶劑分子提供了傳輸介質(zhì)，從而使得電解質(zhì)具有高的離子電導(dǎo)率。然而，液體電解液中的游離溶劑分子卻是存在安全風(fēng)險和電化學(xué)性能差的根本原因，例如其容易溶解活性材料。因此，開發(fā)無游離溶劑分子的電解液是實現(xiàn)高安全和高性能金屬離子電池的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系及其制作方法和應(yīng)用，避免電解質(zhì)體系因存在游離的溶劑分子而造成電池安全風(fēng)險和電化學(xué)性能差的問題。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系，它包括金屬鹽電解液及金屬有機骨架化合物；所述金屬有機骨架化合物內(nèi)具有埃級的固體離子阱結(jié)構(gòu)。

一種無游離溶劑分子電解質(zhì)體系的制備方法，它包括如下步驟，

步驟A，制備具有固體離子阱結(jié)構(gòu)的金屬有機骨架化合物薄膜；

步驟B，制備金屬鹽液體電解液；

步驟C，金屬有機骨架化合物薄膜浸入金屬鹽液體電解液；

步驟D，干燥去除殘留的溶劑。

一種所述無游離溶劑分子電解質(zhì)體系的應(yīng)用，所述無游離溶劑分子電解質(zhì)體系作為金屬離子電池的電解液的應(yīng)用。

較之現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系具有低成本、高離子電導(dǎo)率、抑制枝晶生長、抑制“穿梭效應(yīng)”和電極溶解的能力、高氧化穩(wěn)定性[基于無游離有機溶劑分子的電解質(zhì)(NOSMS)超過5.9V]、高還原穩(wěn)定性[基于無游離水分子的電解質(zhì)(NWMS)低于-1V，可以使用石墨電極]及廣泛的適用性。

(2)基于該無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系的金屬離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和安全性。具體表現(xiàn)為：基于NOSMS電解質(zhì)的石墨(負(fù)極)||PTCDI(正極)的鉀離子電池在50mA g^-1下循環(huán)1000次后，每次循環(huán)的平均容量衰減率僅為0.036％，同時表現(xiàn)出243.9Whkg^-1的能量密度。

(3)本發(fā)明提供的無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系(NOSMS/NWMS)本質(zhì)上不易燃，具有良好的熱穩(wěn)定性和可切割性，用該體系制成的金屬離子電池具有高安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種無游離溶劑分子的電解質(zhì)體系的結(jié)構(gòu)簡圖。