一种固态电解质用添加剂及其制备方法、固态电解质及锂电池与流程

    专利2025-03-21  32


    本发明属于锂离子电池固态电解质,具体涉及一种固态电解质用添加剂及其制备方法、固态电解质及锂电池。


    背景技术:

    1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

    2、锂离子电池(lib)作为一种便携式储能设备,已经广泛应用于日常生活中。然而,目前商业化的lib容量较低,无法满足快速发展的现代社会日益增长的需求。近年来,具有更高理论容量的锂金属电池(lmb)已成为下一代储能设备的青睐对象。

    3、遗憾的是,在lmb中直接使用锂金属阳极与传统的液体电解质,其存在化学不稳定、锂枝晶分叉生长等缺点,容易导致循环稳定性差、短路,甚至存在严重的安全隐患,极大地限制了lmb的实际应用。

    4、为了解决这些问题,过去几年已经采用了许多策略,例如通过添加特殊添加剂来优化液体电解质,构建人工保护层。专利cn115360416a公开了一种固态电解质(sse)及其制备方法和应用,将热塑性聚氨酯为嵌段聚合物,改善固态电解质的界面相容性,促进锂盐的解离和锂离子的传输;专利cn116505069a将乙腈、peo、litfsi和有机硅按照一定比例混合制备刮涂在pa6/pan纳米纤维膜上得到复合固态电解质;专利cn111900467a通过引入金属有机框架材料进一步释放更多可自由传导的锂离子,同时金属有机框架材料由于其独特的催化性可以在聚合物燃烧过程中催化保护碳层的形成,进而抑制燃烧的进一步发生从而提高火安全性。在上述策略中,发现在固态电解质中使用合适的添加剂可以有效提升电池性能。添加剂的加入使得sse具有更好的化学、电化学稳定性和更高的机械强度可以抑制锂枝晶的生长,从而具有更好的安全性。

    5、上述专利文件,通过使用电解液添加剂,仅仅优化了锂离子的解离和传输,但其在促进界面相容性、提升稳定性和抑制锂枝晶生长方面,并没有实质性的改善。因此,如何提升固态电解质性能的同时,提升电池的稳定性和性能是本领域亟待解决的技术问题。


    技术实现思路

    1、为了解决现有技术的不足,本发明的目的是提供一种固态电解质用添加剂及其制备方法、固态电解质及锂电池,本发明提供的具有负载氟化碳点mof添加剂的固态电解质,能够提升固态电池的性能。

    2、为了实现上述目的,本发明的技术方案为:

    3、本发明的第一个方面,提供一种固态电解质用添加剂的制备方法,包括如下步骤:

    4、制备氟化的碳点;采用溶剂热法将氟化的碳点负载至金属有机框架上,得到氟化碳点mof;

    5、将所述氟化碳点mof涂覆在静电纺丝纤维膜上进行生长,得到固态电解质用添加剂。

    6、在发明的一些实施例中,所述氟化的碳点的制备方法包括如下步骤:乙醛和氟苯甲醛发生claisen-schmidt反应,制得氟化的碳点。

    7、在发明的一些实施例中,室温下,将氟苯甲醛、乙醛水溶液、碱和水混合,搅拌反应,反应结束后调节溶液ph值达到7,干燥,得到氟化的碳点;所述氟苯甲醛、乙醛和水的体积比为1~2:3~5:1;所述乙醛水溶液的浓度为35~45wt%。

    8、在发明的一些实施例中所述氟化碳点mof的制备方法包括如下步骤:

    9、将金属盐、甲基咪唑溶解在醇中,再加入氟化的碳点,混匀后转移至反应釜中进行溶剂热反应,反应结束,得到氟化碳点mof;

    10、所述金属盐、甲基咪唑和氟化的碳点的质量比为30:65~70:1;

    11、所述溶剂热反应,反应温度为100~120℃。

    12、在发明的一些实施例中所述静电纺丝纤维膜包括聚丙烯腈静电纺丝纤维膜、聚偏氟乙烯纤维膜、聚乳酸纤维膜、聚己内酯纤维膜、聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维膜、聚苯乙烯纤维膜、聚乙烯醇纤维膜、聚乙烯吡咯烷酮纤维膜中的一种;

    13、所述涂覆为喷涂,且喷涂多次,以实现氟化碳点mof的生长。

    14、本发明的第二个方面,提供一种固态电解质用添加剂,其通过上述的制备方法制得。

    15、本发明的第三个方面,提供一种固态电解质,包括添加剂、聚合物基体和锂盐;

    16、所述添加剂为上述的固态电解质用添加剂。

    17、在本发明的一些实施例中,所述聚合物基体包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷或聚偏氯乙烯中的一种或多种;

    18、所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂中的一种或多种。

    19、本发明的第四个方面,提供一种锂电池,包括正极、负极和固态电解质;

    20、所述固态电解质为上述的固态电解质。

    21、在本发明的一些实施例中,所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元材料中的一种;

    22、所述负极包括金属锂、石墨、碳化硅、碳纳米管或硬碳中的一种。

    23、本发明的有益效果如下:

    24、本发明提供了一种固态电解质用添加剂的制备方法,包括如下步骤:制备氟化的碳点;采用溶剂热法将氟化的碳点负载至金属有机框架上,得到氟化碳点mof;将所述氟化碳点mof涂覆在静电纺丝纤维膜上进行生长,得到锂离子电池固态电解质用添加剂。本发明先获得氟化碳点,之后将氟化碳点负载至mof上。但单纯的负载氟化碳点的mof加入固态电解质中是自主无法形成网络的,对此,本发明将mof生长于聚合物静电纺丝纤维膜上来实现mof网络的制备,得到固态电解质用添加剂。该电解质可用于制备固态电解质,以提升电池的性能。所得固态电解质为一种实现高强高性能聚合物基复合电解质,该复合电解质通过高强度、互联的mof网络增强,基于其增塑剂的功能,能够提高其周围聚合物电解质的链迁移率,从而形成具有优异离子导电性的超快离子传输网络,mof网络的构成改善了电解质的机械强度、热稳定性和电化学稳定性。其次,负载的氟化碳点不仅能够诱导界面氟化提高电解质与界面的相容性和稳定性,杂原子的引入也改变了peo与锂离子之间的相互作用,从而提高了锂离子的运输效率。再者,复合电解质优异的力学性能可以抑制锂的枝晶生长,互连的mof网络丰富的纳米孔结构可以捕获阴离子,避免阴离子扩散到电极引起的副反应。



    技术特征:

    1.一种固态电解质用添加剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

    2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氟化的碳点的制备方法包括如下步骤:乙醛和氟苯甲醛发生claisen-schmidt反应,制得氟化的碳点。

    3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,室温下,将氟苯甲醛、乙醛、碱和水混合,搅拌反应,反应结束后调节溶液ph值达到7,干燥,得到氟化的碳点;所述氟苯甲醛、乙醛和水的体积比为1~2:3~5:1。

    4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氟化碳点mof的制备方法包括如下步骤:

    5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝纤维膜包括聚丙烯腈静电纺丝纤维膜、聚偏氟乙烯纤维膜、聚乳酸纤维膜、聚己内酯纤维膜、聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维膜、聚苯乙烯纤维膜、聚乙烯醇纤维膜或聚乙烯吡咯烷酮纤维膜中的一种;

    6.一种固态电解质用添加剂,其特征在于,通过权利要求1-5任一所述的制备方法制得。

    7.一种固态电解质,其特征在于,包括添加剂、聚合物基体和锂盐;

    8.如权利要求7所述的固态电解质,其特征在于,所述聚合物基体包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷或聚偏氯乙烯中的一种或多种;

    9.一种锂电池,其特征在于,包括正极、负极和固态电解质;

    10.如权利要求9所述的锂电池,其特征在于,所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元材料中的一种或几种;


    技术总结
    本发明公开了一种固态电解质用添加剂及其制备方法、固态电解质及锂电池,属于锂离子电池固态电解质技术领域。本发明将氟化碳点负载至MOF上,再将负载氟化碳点的MOF生长于聚合物静电纺丝纤维膜上来实现MOF网络的制备,得到固态电解质用添加剂。该添加剂可用于制备固态电解质,以提升电池的性能。一方面氟化碳点的加入不仅可以改善MOF与聚合物电解质之间的相容性,杂原子的引入也改变了PEO与锂离子之间的相互作用,从而提高了锂离子的运输效率。另一方面MOF网络的构成改善了电解质的机械强度、热稳定性和电化学稳定性。解决了电解质在使用过程中存在的化学不稳定性和锂枝晶分叉生长等问题。

    技术研发人员:王沁茹,张传健,何欢,李杰
    受保护的技术使用者:安徽得壹能源科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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