【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新型電解質(zhì)，具體涉及到一種軟固體結(jié)晶材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、傳統(tǒng)的電解質(zhì)材料在鋰離子電池中廣泛使用，如液體電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)，然而，這些材料存在一些缺陷，限制了電池的穩(wěn)定性和性能。液體電解質(zhì)存在可能會(huì)泄漏或產(chǎn)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，聚合物電解質(zhì)也有低的離子傳導(dǎo)率和較高的內(nèi)阻等問(wèn)題。
2、全固態(tài)電池是一種極具發(fā)展前景的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，它可以克服傳統(tǒng)液態(tài)電池的多方面不足，包括液態(tài)電解質(zhì)易泄漏、易燃易爆炸、穩(wěn)定性低等問(wèn)題。固態(tài)電解質(zhì)是全固態(tài)電池的重要組成部分，以固態(tài)離子導(dǎo)體替代有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)和多孔聚合物隔膜，有望實(shí)現(xiàn)更高的安全性和能量密度。實(shí)用固態(tài)電解質(zhì)有多方面的性能要求，如高離子電導(dǎo)率、高電化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性以及電極-電解質(zhì)界面的化學(xué)穩(wěn)定性等。
3、近年來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)了多種類型的固態(tài)電解質(zhì)，其中包括聚合物、具有非揮發(fā)性液體的聚合物凝膠和無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)。聚合物固體電解質(zhì)以聚環(huán)氧乙烷(peo)為典型代表，也是研究最為深入的電解質(zhì)，peo在無(wú)定形狀態(tài)下介電常數(shù)較小，能溶解多種鋰鹽，peo導(dǎo)離子的能力主要基于氧輔助跳躍機(jī)制，但這只有peo在無(wú)定形狀態(tài)下，鏈段能夠進(jìn)行長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)時(shí)才發(fā)生，但peo室溫下為半結(jié)晶狀態(tài)，離子電導(dǎo)率低于10-6s/cm。
4、無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)具有接近1的離子遷移數(shù)和遠(yuǎn)高于金屬鋰的機(jī)械強(qiáng)度，是理想的金屬鋰保護(hù)材料。當(dāng)前研究較多的類型有鈣鈦礦型、硫化物型、氧化物型等等，其中鈣鈦礦固體電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率可以達(dá)到10-3s/cm，但當(dāng)它與鋰接觸時(shí)，鈦離子會(huì)被還原
5、即，目前固態(tài)電解質(zhì)的性能參數(shù)很難滿足實(shí)用需求。因此，開(kāi)發(fā)具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)是研制下一代全固態(tài)電池的關(guān)鍵問(wèn)題之一，也是當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本部分的目的在于概述本專利技術(shù)的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和專利技術(shù)名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和專利技術(shù)名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本專利技術(shù)的范圍。
2、鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本專利技術(shù)。
3、因此，本專利技術(shù)的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種軟固體結(jié)晶材料。
4、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：
5、所述材料分子式為li(c5h6n2)2bf4，結(jié)構(gòu)式如式(a)所示；
6、
7、其中，li原子與n原子以及烷基鏈連接，bf4-陰離子游離于四周，且具有離子遷移通道。
8、作為本專利技術(shù)所述軟固體結(jié)晶材料的一種優(yōu)選方案，其中：所述材料在60～100℃條件下發(fā)生固-液相變。
9、本專利技術(shù)的另一目的是，提供一種軟固體結(jié)晶材料的制備方法。
10、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：包括，
11、四氟硼酸鋰與戊二腈加熱反應(yīng)得到絡(luò)合物溶液，溶液在室溫下靜置至結(jié)晶體重結(jié)晶析出，得到的析出物即為軟固體結(jié)晶材料。
12、作為本專利技術(shù)所述軟固體結(jié)晶材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述四氟硼酸鋰與戊二腈的摩爾比為1:4～20。
13、作為本專利技術(shù)所述軟固體結(jié)晶材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述加熱反應(yīng)，其中，加熱溫度為100～200℃，加熱時(shí)間為1～12h。
14、本專利技術(shù)的另一目的是，提供一種固態(tài)電解質(zhì)膜，包括，玻璃纖維隔膜，以及軟固體結(jié)晶材料，其中，軟固體結(jié)晶材料在60～100℃條件下加熱成液體滴入玻璃纖維隔膜中。
15、本專利技術(shù)的另一目的是，提供一種全固態(tài)鋰金屬電池，所述電池自上而下包括，正極，鋰負(fù)極，以及權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)膜。
16、作為本專利技術(shù)所述全固態(tài)鋰金屬電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述正極片由磷酸鐵鋰、聚偏二氟乙烯、炭黑與n-甲基吡咯烷酮復(fù)合得到。
17、作為本專利技術(shù)所述全固態(tài)鋰金屬電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述鋰金屬電池的穩(wěn)定電壓窗口>4.45v，電導(dǎo)率>0.7ms/cm。
18、作為本專利技術(shù)所述全固態(tài)鋰金屬電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述鋰金屬電池在室溫、充放電區(qū)間為2.8v～3.8v、充放電倍率為1c的條件下循環(huán)100圈后的容量保持率>93％。
19、本專利技術(shù)有益效果：
20、(1)本專利技術(shù)研發(fā)出一種新型的軟固體結(jié)晶材料，具有較高的熱穩(wěn)定性、良好的熔鑄性和自愈性，在特定溫度下可發(fā)生固-液相變，具有液體般的流動(dòng)性，能夠作為鹽-有機(jī)共晶電解質(zhì)用于制備固態(tài)電池。
21、(2)本專利技術(shù)的軟固體結(jié)晶材料兼顧聚合物固體電解質(zhì)和無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，且加工時(shí)以液體形式涂布能夠形成更加均勻的膜材料，制得的電池能獲得如液態(tài)電池良好的界面接觸，既具有聚合物固體電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率又兼顧無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的高化學(xué)穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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1.一種軟固體結(jié)晶材料，其特征在于：所述材料分子式為L(zhǎng)i(C5H6N2)2BF4，結(jié)構(gòu)式如式(A)所示；
2.如權(quán)利要求1所述的軟固體結(jié)晶材料，其特征在于：所述材料在60～100℃條件下發(fā)生固-液相變。
3.如權(quán)利要求1或2所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：包括，
4.如權(quán)利要求3所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：所述四氟硼酸鋰與戊二腈的摩爾比為1:4～20。
5.如權(quán)利要求3所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：所述加熱反應(yīng)，其中，加熱溫度為100～200℃，加熱時(shí)間為1～12h。
6.一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于：包括，
7.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于：所述軟固體結(jié)晶材料在60～100℃條件下加熱成液體滴入玻璃纖維隔膜中。
8.一種全固態(tài)鋰金屬電池，其特征在于：包括，
9.如權(quán)利要求8所述的全固態(tài)鋰金屬電池，其特征在于：所述正極由磷酸鐵鋰、聚偏二氟乙烯、炭黑與N-甲基吡咯烷酮復(fù)合得到。
10.如權(quán)利要求8所述的全固態(tài)鋰金屬電池，
11.如權(quán)利要求8所述的全固態(tài)鋰金屬電池，其特征在于：所述鋰金屬電池在室溫、充放電區(qū)間為2.8V～3.8V、充放電倍率為1C的條件下循環(huán)100圈后的容量保持率>93％。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種軟固體結(jié)晶材料，其特征在于：所述材料分子式為li(c5h6n2)2bf4，結(jié)構(gòu)式如式(a)所示；
2.如權(quán)利要求1所述的軟固體結(jié)晶材料，其特征在于：所述材料在60～100℃條件下發(fā)生固-液相變。
3.如權(quán)利要求1或2所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：包括，
4.如權(quán)利要求3所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：所述四氟硼酸鋰與戊二腈的摩爾比為1:4～20。
5.如權(quán)利要求3所述的軟固體結(jié)晶材料的制備方法，其特征在于：所述加熱反應(yīng)，其中，加熱溫度為100～200℃，加熱時(shí)間為1～12h。
6.一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于：包括，
7.如權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：逯樂(lè)慧，竇仁櫸，任曉燕，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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