一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于材料学领域，提供了一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用，复合固态电解质的制备包：将金属钼粉与质量分为30％的过氧化氢溶液以1mmol:1ml

【技术实现步骤摘要】
一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于材料学领域，具体涉及一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前商业锂离子电池主要采用有机电解液，其在非常规环境下存在漏液、燃烧、爆炸等安全隐患。固态电池对解决传统液态电池存在的安全问题具有重要意义。一般来说，固态电解质应具备高锂离子电导率、宽的化学窗口和对电极材料的良好的化学稳定性。固体电解质可分为无机电解质和聚合物电解质。无机固体电解质方面，目前研究较多的石榴石结构锂离子固体电解质(Li7La3Zr2O
12
，LLZO)具备高电导率(近10
‑3S cm
‑1)，对金属锂稳定，电化学窗口宽(0～4V)等优点，是下一代高安全性固态锂电池的候选电解质材料之一，但其烧结温度较高，通常为1100℃以上，且其易碎特性和高界面电阻极大地阻碍了它们的实际应用。另外，固体聚合物电解质，例如聚苯醚和聚环氧乙烷(PEO)，可以方便地进行加工，但是，纯聚合物电解质的电化学和力学性能并不理想，室温离子电导率通常很低(10
‑5‑
10
‑
10
S cm
‑1)，电化学窗口一般也低于3.8V，且它们的杨氏模量一般很低，低于0.4MPa，难以满足实际应用中的不断增长需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用，该复合固态电解质具有高离子电导率，宽电化学窗口，能够有效提升电池的电化学性能。
[0004]本专利技术提供了一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将金属钼粉与质量分为30％的过氧化氢溶液以1mmol:1ml
‑
2ml的比例在醇中混合反应，获得前驱体溶液；步骤S2，将前驱体溶液放置于反应釜中进行水热反应，反应完成后收集固体产物，将固体产物洗涤干燥得到粉末，即纳米带状的过渡态三氧化钼；步骤S3，将PEO、LiTFSI及过渡态三氧化钼溶于溶剂中，得到复合溶液；步骤S4，采用溶液浇筑法，将复合溶液浇筑到模具中，除去溶剂，得到以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质，其中，PEO、LiTFSI及纳米带状过渡态三氧化钼的质量比为15：5：1～10。
[0005]在本专利技术提供的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，醇为正丁醇、乙醇、或丙醇中的任意一种或几种。
[0006]在本专利技术提供的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S3中，溶剂为乙腈乙醇或N
‑
N
‑
二甲基甲酰胺中的任意一种。
[0007]在本专利技术提供的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S2中，将前驱体溶液放置在140℃下的反应釜中水热反应12h，然后以8000r/min的速度离心分离并收集固体产物，将固体产物用乙醇洗涤后于60℃
干燥12h，得到粉末。
[0008]在本专利技术提供的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S4中，模具的材质为玻璃或聚四氟乙烯。
[0009]本专利技术还提供了一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质，具有这样的特征，由以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法制备得到。
[0010]本专利技术还提供了一种聚合物固态电解质膜在锂电池中的应用，具有这样的特征，聚合物固态电解质膜为以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质。
[0011]专利技术的作用与效果
[0012]本专利技术以MoO3‑
X
纳米带为填料，纳米带形貌呈柳叶状，且具有层状堆叠结构，制备要求低，合成过程简单，以该纳米带为填料的复合固态电解质具有较高的离子电导率(60℃下5.52
×
10
‑4S cm
‑1)、较宽的电化学稳定窗口(5.5V)、优秀的循环稳定性(0.5C倍率下600次循环后容量保持在134mAh/g，与峰值容量相比衰减仅为12.9％)，且在1C的大倍率下长循环1100圈后容量仍保持在60％左右，该电池优秀的性能在类似的电池中极为罕见，具有较高的科研和实用价值。
[0013]本专利技术制备工艺简单，可以大规模制备，是一种简单易行的复合固态电解质制备方法，通过本专利技术的制备方法最终所得的固态电解质具有较好的电化学性能。
附图说明
[0014]图1为实施例1所得MoO3‑
X
纳米带的SEM图；
[0015]图2为实施例1所得MoO3‑
X
纳米带的TEM图；
[0016]图3为实施例1所得的MoO3‑
X
纳米带的EDS图；
[0017]图4为实施例1所得PEO基固态电解质的横截面与断面SEM图；
[0018]图5为实施例1所得的MoO3‑
X
的XRD图；
[0019]图6为实施例1所得PEO基复合固态电解质在30
‑
80℃下的阻抗图。图7实施例1所得PEO基复合固态电解质Li/PEO
–
LiTFSI
‑
MoO3‑
X
/LiFePO4聚合物固态电池在60℃的倍率循环图；
[0020]图8为实例1所得PEO基复合固态电解质Li/PEO
–
LiTFSI
‑
MoO3‑
X
/LiFePO4聚合物固态电池在60℃时，0.5C倍率下的长循环图；
[0021]图9为实例1所得PEO基复合固态电解质Li/PEO
–
LiTFSI
‑
MoO3‑
X
/LiFePO4聚合物固态电池在60℃时，1C倍率下的长循环图；以及
[0022]图10为实例1所得PEO基复合固态电解质与不含该填料的PEO/LITFSI电解质在60℃下的线性扫描伏安曲线。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质、制备方法及应用作具体阐述。
[0024]以下实施例中，所用原料均为市售商品。
[0025]通过在40KV/40mA下使用XRDBrukerD8Advance并用CuK辐射(λ＝0.154nm)表征产
品。使用FESEM(JEM
‑
7800F)场发射扫描电镜研究了样品的形态。在具有Cs校正的JEOLJEM
‑
2100F上获得了透射电子显微镜(TEM)图像。元素映射是在能量色散X射线光谱仪(EDS)上进行的。
[0026]电化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将金属钼粉与质量分为30％的过氧化氢溶液以1mmol:1ml
‑
2ml的比例在醇中混合反应，获得前驱体溶液；步骤S2，将所述前驱体溶液放置于反应釜中进行水热反应，反应完成后收集固体产物，将所述固体产物洗涤干燥得到粉末，即纳米带状的过渡态三氧化钼；步骤S3，将PEO、LiTFSI及所述过渡态三氧化钼溶于溶剂中，得到复合溶液；步骤S4，采用溶液浇筑法，将所述复合溶液浇筑到模具中，除去所述溶剂，得到以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质，其中，所述PEO、所述LiTFSI及所述纳米带状过渡态三氧化钼的质量比为15：5：1～10。2.根据权利要求1所述的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1中，所述醇为正丁醇、乙醇、或丙醇中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的以过渡态三氧化钼为填料的复合固态电解质的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐群杰，王旭，闵宇霖，范金辰，时鹏辉，孙唯，郭康，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：