【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于固態(tài)電解質(zhì)制備和電化學(xué)儲能，涉及一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法。
技術(shù)介紹
1、陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)（sses）是一種固體離子導(dǎo)體電解質(zhì)，用于鋰（或鈉、鉀、鎂、鋁、鋅等）離子電池中，可以提高電池的安全性，解決有機電解液易泄漏、易燃等問題，并且實現(xiàn)更高的功率密度和可循環(huán)性。目前常見的陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)種類較多，包括石榴石型、（反）鈣鈦礦型、鋰離子導(dǎo)體型和鈉離子導(dǎo)體型。但是，陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)與電池正負(fù)極之間通常因為接觸不良導(dǎo)致較大的界面阻抗，從而降低固態(tài)電池的充放電性能。
2、研究表明玻璃相在固態(tài)電解質(zhì)中能夠連接陶瓷顆粒間的離子傳輸（journal?ofpower?sources,?2022,?521:?230930.）。但是，玻璃是由高溫熔化的礦物、氧化物和金屬等材料制成的一種非晶態(tài)固體材料。其常用的制備方法包括浮法、熔融法、溶膠凝膠法和離子交換法等。目前電化學(xué)法制備玻璃方面還是空白。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對目前固態(tài)電池中陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間因為接觸不良導(dǎo)致較大的界面阻抗，降低固態(tài)電池的充放電性能的問題，本專利技術(shù)提供一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法。本專利技術(shù)在充放電過程破壞晶相結(jié)構(gòu)并且轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷嗟牟ＡВ痪哂虚_放結(jié)構(gòu)和鈉離子導(dǎo)電性的玻璃沿著電解質(zhì)與正負(fù)極界面形成，解決接觸問題，從而降低界面阻抗。
2、一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法，包括以下步驟：
3、（1）制備離子摻雜的陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)片；
4、優(yōu)選
5、（2）將步驟（1）制得的陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)片與正/負(fù)極匹配組裝電池；所述正/負(fù)極為鋰離子電池正/負(fù)極、鈉離子電池正/負(fù)極、鋅離子電池正/負(fù)極或者鉀離子正/負(fù)極，所述電池優(yōu)選為扣式電池、軟包電池或圓柱電池，進一步優(yōu)選為扣式電池；
6、（3）將步驟（2）中組裝的電池進行充放電循環(huán)，原位制備玻璃。
7、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（1）中所述離子摻雜所選的離子為所有電化學(xué)過程促進玻璃形成的金屬離子，優(yōu)選為cu(ii)、mn(iii)和ni(iii)等，進一步優(yōu)選為mn(iii)。
8、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（1）中所述離子摻雜量為取代離子摩爾質(zhì)量的1.25%-7.5%，進一步優(yōu)選為5%。
9、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（2）中所述的正/負(fù)極為na/na對稱電極或者nmf/na非對稱電極。
10、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（2）中所述組裝電池的核心結(jié)構(gòu)為正極-固態(tài)電解質(zhì)-負(fù)極，固態(tài)電解質(zhì)與電極之間加入微量電解液或者不加電解液。
11、進一步優(yōu)選的，步驟（2）中固態(tài)電解質(zhì)與電極之間微量電解液的加入量0.025-0.1ml。
12、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（3）中所述充放電循環(huán)為恒流充放電循環(huán)。
13、進一步優(yōu)選的，步驟（3）中充放電循環(huán)的電流密度為0.1-10?ma/cm-2，優(yōu)選為0.5-3.0?ma/cm-2，進一步優(yōu)選為1?ma/cm-2；每次循環(huán)的充電和放電時間均為0.1-2?h,?優(yōu)選為0.5?h。
14、根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選的，步驟（2）中正/負(fù)極為na/na對稱電池時，步驟（3）中充放電循環(huán)為恒流-限時充放電循環(huán)；步驟（2）中正/負(fù)極為nmf/na非對稱電池時，步驟（3）中充放電循環(huán)為恒流-限壓充放電循環(huán)。
15、本專利技術(shù)還包括上述一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法獲得的玻璃在固態(tài)電池界面改性中的應(yīng)用。
16、術(shù)語說明
17、玻璃原位電化學(xué)制備：利用電池充放電過程中固態(tài)電解質(zhì)中的部分晶體在電池中原有位置直接轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷РＡА?/p>
18、固態(tài)電池界面改性：形成的玻璃沿電極與電解質(zhì)的界面膨脹，加強介面接觸，形成低阻抗的界面，實現(xiàn)對固態(tài)電池界面改性。
19、本專利技術(shù)的有益效果
20、本專利技術(shù)通過在陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)中引入金屬摻雜離子，在組裝的固態(tài)電池充放電循環(huán)過程中原位轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ啵捎诰嘞蚍蔷噢D(zhuǎn)變過程體積膨脹，固態(tài)電解質(zhì)與電極之間形成良好的界面接觸，從而降低界面阻抗，提高固態(tài)電池性能。
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1.一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中采用固相法制備石榴石型、（反）鈣鈦礦型、鋰離子導(dǎo)體型或鈉離子導(dǎo)體型陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)，優(yōu)選為鈉離子導(dǎo)體型陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述離子摻雜所選的離子為所有電化學(xué)過程促進玻璃形成的金屬離子，優(yōu)選為Cu(II)、Mn(III)和Ni(III)等，進一步優(yōu)選為Mn(III)；所述離子摻雜量為取代離子摩爾質(zhì)量的1.25%-7.5%，優(yōu)選為5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述的正/負(fù)極為Na/Na對稱電極或者NMF/Na非對稱電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述組裝電池的核心結(jié)構(gòu)為正極-固態(tài)電解質(zhì)-負(fù)極，固態(tài)電解質(zhì)與電極之間加入微量電解液或者不加電解液。
6.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述固態(tài)電解質(zhì)與電極之間微量電解液的加入量0.025-0.1
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述充放電循環(huán)為恒流充放電循環(huán)。
8.?根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述充放電循環(huán)的電流密度為0.1-10?mA/cm-2，優(yōu)選為0.5-3.0?mA/cm-2，進一步優(yōu)選為1?mA/cm-2；每次循環(huán)的充電和放電時間均為0.1-2?h,?優(yōu)選為0.5?h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述正/負(fù)極為Na/Na對稱電池時，步驟（3）中充放電循環(huán)為恒流-限時充放電循環(huán)；步驟（2）中所述正/負(fù)極為NMF/Na非對稱電池時，步驟（3）中充放電循環(huán)為恒流-限壓充放電循環(huán)。
10.如權(quán)利要求1-9所述的一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法獲得的玻璃在固態(tài)電池界面改性中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種離子導(dǎo)電玻璃的原位電化學(xué)制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中采用固相法制備石榴石型、（反）鈣鈦礦型、鋰離子導(dǎo)體型或鈉離子導(dǎo)體型陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)，優(yōu)選為鈉離子導(dǎo)體型陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述離子摻雜所選的離子為所有電化學(xué)過程促進玻璃形成的金屬離子，優(yōu)選為cu(ii)、mn(iii)和ni(iii)等，進一步優(yōu)選為mn(iii)；所述離子摻雜量為取代離子摩爾質(zhì)量的1.25%-7.5%，優(yōu)選為5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述的正/負(fù)極為na/na對稱電極或者nmf/na非對稱電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述組裝電池的核心結(jié)構(gòu)為正極-固態(tài)電解質(zhì)-負(fù)極，固態(tài)電解質(zhì)與電極之間加入微量電解液或者不加電解液。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐小龍，郝霄鵬，吳擁中，
申請(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學(xué)山東省科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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