【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰金屬電池的，特別是涉及一種三維連續纖維網絡、其制備方法、復合固態電解質、其制備方法及固態鋰金屬電池。
技術介紹
1、固態電池因其本征高安全性被視為最有潛力的下一代電池技術之一，尤其是使用高電壓正極和鋰金屬負極能夠充分發揮固態電池的高能量密度優勢。在眾多固態電解質(solid-state?electrolytes，sses)中，聚合物固態電解質(solidpolymer?electrolytes，spes)因其出色的柔性和界面接觸性能，被視為大規模工業化應用的可行材料。目前已報道了包括基于聚乙烯、基于聚丙烯腈、基于聚碳酸亞丙酯、和基于聚偏二氟乙烯(pvdf)的spes。與其他spes相比，聚偏氟乙烯(pvdf)基固態電解質因其優異的熱穩定性以及獨特的離子輸運機制而備受關注。pvdf電解質內殘余的少量n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶劑可以與li+之間形成的[li(dmf)x]+復合結構，能通過與pvdf鏈的相互作用實現離子輸運，但殘留的dmf會顯著影響pvdf基sses與高壓正極和鋰金屬負極之間的相容性，進而削弱電池的循環穩定性。此外，pvdf基體較低的離子電導率和其多孔結構還可能導致異質離子通量的問題，這不僅會引發鋰沉積的不均勻，還會加速枝晶生長，尤其在較大電流密度下，這些副反應以及不均勻的鋰沉積行為會顯著加劇，對電池的性能和壽命構成嚴重威脅。
2、以聚合物作為基體來制備復合固態電解質(composite?solid?electrolytes，cses)被認為是提高固態電池電化學性能的最有效策略。目前常
3、金屬有機框架(mof)是由金屬離子或無機簇和有機配體組裝形成的晶體多孔材料，由于其良好的表面化學性質、豐富的孔道和可調控的結構的優點，在設計cses結構方面具有巨大的潛力，有望為pvdf基cses的離子電導率提升和性能優化提供新的解決方案。
4、需要說明的是，在上述
技術介紹
部分公開的信息僅用于對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
1、為了彌補現有技術的不足，本專利技術提供一種三維連續纖維網絡、其制備方法、復合固態電解質、其制備方法及固態鋰金屬電池。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，提供了一種三維連續纖維網絡，其包括靜電紡絲纖維和金屬有機框架，所述金屬有機框架均勻連續分布在所述靜電紡絲纖維的表面上，所述靜電紡絲纖維為熱處理后的聚丙烯腈。
4、第二方面，提供了一種第一方面所述的三維連續纖維網絡的制備方法，其包括如下步驟：
5、(1)將聚丙烯腈粉末溶解于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液中，充分溶解，制備出靜電紡絲前驅體溶液；
6、(2)將所述靜電紡絲前驅體溶液進行電紡，制備聚丙烯腈纖維前驅體；
7、(3)將所述聚丙烯腈纖維前驅體在200～300℃下煅燒，然后自然冷卻，得到所述聚丙烯腈纖維；
8、(4)制備金屬有機框架的前驅體溶液；
9、(5)將所述聚丙烯腈纖維浸入所述金屬有機框架的前驅體溶液中，進行溶劑熱反應，制得所述三維連續纖維網絡。
10、第三方面，提供了一種復合固態電解質，其包括聚偏氟乙烯、鋰鹽和第一方面所述的三維連續纖維網絡，其中，在所述復合固態電解質中，聚偏氟乙烯與鋰鹽的質量比為1-1.5:1，所述三維連續纖維網絡的質量分數為20-30wt％。
11、第四方面，提供一種第三方面所述的復合固態電解質的制備方法，其包括如下步驟：
12、s1、將聚偏氟乙烯和鋰鹽混合，并溶解于有機溶劑中，得到均勻溶液；
13、s2、將三維連續纖維網絡加入步驟s1的所述溶液中，超聲、抽真空排除氣泡，完全浸泡；
14、s3、將完全浸泡后的維連續纖維網絡和溶液干燥，除去多余溶劑，得到復合固態電解質膜，即得到所述復合固態電解質。
15、第五方面，提供一種固態鋰金屬電池，其包括第三方面所述的復合固態電解質、正極和鋰金屬負極。
16、本專利技術具有如下有益效果：本專利技術的三維連續纖維網絡可以在聚合物基體電解質尤其是pvdf基體電解質中構建連續的離子傳輸通道，提高離子輸運效率。三維連續纖維網絡與溶劑分子之間的相互作用能夠弱化鋰離子與溶劑分子的配位，使得更多的鋰鹽陰離子進入溶劑化殼層內部，促使其在鋰金屬負極表面還原分解并構建富含無機成分且穩定的電極/電解質界面，抑制鋰枝晶的生長，均勻鋰沉積，延長電池的循環壽命。本專利技術的三維連續纖維網絡中經過熱處理后的h-pan纖維仍有較好的纖維網絡結構，且紡絲纖維粗細均勻，纖維直徑約200nm，結晶性良好的mof生長在h-pan纖維表面，生長連續均勻，將其加入到聚偏氟乙烯基體中制備的復合固態電解質的室溫離子電導率、鋰離子遷移數以及電化學窗口均有顯著提升。使用其制備的li||ncm811固態電池的循環以及倍率性能優異。本專利技術在固態鋰金屬電池領域具有廣闊的應用前景。
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1.一種三維連續纖維網絡，其特征在于，包括靜電紡絲纖維和金屬有機框架，所述金屬有機框架均勻連續分布在所述靜電紡絲纖維的表面上，所述靜電紡絲纖維為熱處理后的聚丙烯腈。
2.如權利要求1所述的三維連續纖維網絡，其特征在于：所述金屬有機框架為UIO-66、UIO-66-NH2中的一種；所述靜電紡絲纖維為經過200-300℃熱處理后的聚丙烯腈。
3.一種權利要求1所述的三維連續纖維網絡的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述金屬有機框架為UIO-66-NH2，步驟(4)包括如下步驟：
5.一種復合固態電解質，其特征在于，包括聚偏氟乙烯、鋰鹽和權利要求1-2任意一項所述的三維連續纖維網絡，其中，在所述復合固態電解質中，聚偏氟乙烯與鋰鹽的質量比為1-1.5:1，所述三維連續纖維網絡的質量分數為20-30wt％。
6.如權利要求5所述的復合固態電解質，其特征在于，所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LIFSI)、雙三氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。
7.一種權利要求5-6任
8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中的所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、乙酰胺和二甲基亞砜中的一種。
9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，超聲時間為0.5～1h，超聲速率為90～110KHz；抽真空時間為1～2h；步驟S1中，有機溶劑的量為5～7mL。
10.一種固態鋰金屬電池，其特征在于，包括權利要求5-6任意一項所述的復合固態電解質、正極和鋰金屬負極。
...【技術特征摘要】
1.一種三維連續纖維網絡，其特征在于，包括靜電紡絲纖維和金屬有機框架，所述金屬有機框架均勻連續分布在所述靜電紡絲纖維的表面上，所述靜電紡絲纖維為熱處理后的聚丙烯腈。
2.如權利要求1所述的三維連續纖維網絡，其特征在于：所述金屬有機框架為uio-66、uio-66-nh2中的一種；所述靜電紡絲纖維為經過200-300℃熱處理后的聚丙烯腈。
3.一種權利要求1所述的三維連續纖維網絡的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述金屬有機框架為uio-66-nh2，步驟(4)包括如下步驟：
5.一種復合固態電解質，其特征在于，包括聚偏氟乙烯、鋰鹽和權利要求1-2任意一項所述的三維連續纖維網絡，其中，在所述復合固態電解質中，聚偏氟乙烯與鋰鹽的質量比為1-1.5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賀艷兵，馬一騰，楊科，呂舜，李宇航，安旭飛，馬岳韜，王翠翠，蔣克林，柳明，康飛宇，
申請(專利權)人：清華大學深圳國際研究生院，
類型：發明
國別省市：
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