一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电解质材料领域，具体公开了一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法。复合材料的结构式为Mg(BH4)2·

【技术实现步骤摘要】
一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解质材料领域，具体涉及一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体电解质材质因为能够解决目前有机液体电解质存在的有如易燃性、毒性、挥发性等严重安全问题而受到广泛的关注。对于有机固体电解质，最具代表性的材料就是聚氧乙烯，而主要的无机固体电解质则包括NASICON型、钙钛矿型、石榴石型以及硫化物型等这几类典型材料。
[0003]近年来，配位氢化物作为一类新的电解质材料引起了广泛关注，这类化合物由阳离子和配位阴离子组成，如公开号为CN110071325A的专利公开的多相复合金属
‑
硼
‑
氢化合物固态电解质材料，其导电率在35℃下为10
‑4S
·
cm
‑1。再如公开号为CN104428940A的专利公开了作为镁离子传递介质的硼氢化镁及其衍生物，其包括具有式MgB
a
H
b
X
y
的镁盐，其中a＝2
‑
12,b＝0
‑
12,y＝0
‑
8，其中当b＝0时X是0
‑
烷基并且当b＝1
‑
11时X是0
‑
烷基或F。但是后者主要用于液态电池体系，前者虽然离子电导率与母体材料镁硼氢相比有了明显增加，但是在室温下离子电导率都远低于1
×
10
‑4S
·
cm
‑1，达不到固体电池的使用要求，基于此，需要一种离子导电率更高的电解质材料，以满足固体电解质的需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料，以提高离子导电率，满足固体电解质的需要。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料，复合材料的结构式为Mg(BH4)2·
nNH3
‑
M
x
O
y
，所述n为1、1.5或2，所述M为Y、Ti、Mn、Zr、Al和Re中的至少一种或Y、Zr、Re和Al中的至少两种；所述M
x
O
y
的质量比为15％～70％。
[0006]本方案的有益效果为：
[0007]Mg(BH4)2·
1.5NH3在室温环境下的离子导电率仅为10
‑8S
·
cm
‑1，与理想的固态电解质要求的10
‑4S
·
cm
‑1相差较大。本专利技术以镁硼氢氨化物作为镁离子电池固体电解质母体，其中Re指稀土元素，同时加入了超细的缺陷型金属氧化物M
x
O
y
作为添加剂，使得制得的复合材料在常温环境下，离子导电率达到了约6.29
×
10
‑4S
·
cm
‑1，远高于Mg(BH4)2·
1.5NH3材料。
[0008]本方案中的M
x
O
y
为缺陷型氧化物，M
x
O
y
中的氧空位有利于离子迁移，当材料中存在氧空位时，镁离子的迁移势垒由3.4eV降低至0.8eV，并同时能够提高镁离子的迁移速率，从而有利于降低复合材料的导电率。M
x
O
y
中富含正电荷氧空位，正电氧空位能够与阴离子[BH4]‑
结合，然后释放镁离子，所以能够有效的提高离子导电率。
[0009]进一步，Re为La、Ce和Pr中的至少一种。
[0010]本方案的有益效果为：本方案中的复合材料在常温环境下，离子导电率更高。
[0011]进一步，复合材料的原材料包括M
x
O
y
粉末，所述M
x
O
y
粉末的粒径为纳米级。
[0012]本方案的有益效果为：与普通的粉末相比，本方案中采用纳米级的M
x
O
y
粉末具有以下三个优势：第一，能够增大电解质和电极材料的接触面积；第二，纳米材料可以缩短扩散路径使锂离子扩散更容易；第三能够与电解质产生更多的接触界面，从而进一步提高复合材料的离子导电率。
[0013]进一步，复合材料中M
x
O
y
的质量比为45％。
[0014]本方案的有益效果为：本方案中的复合材料的离子导电率更高。
[0015]本专利技术还公开一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料的制备方法，用于制备上述上述任意一种复合材料，制备步骤包括：
[0016]步骤1，准备Mg(BH4)2·
nNH3和M
x
O
y
粉末，并将Mg(BH4)2·
nNH3和M
x
O
y
粉末进行混合，形成混合粉体；
[0017]步骤2，将混合粉体在氩气保护下进行压制，直到形成固态电解质。
[0018]本方案的有益效果为：采用本方案的方法能够制得离子导电率更高的复合材料，而且本方案的制备方法步骤简单、加工效率更高，适合工业上的批量生产。
[0019]进一步，步骤2每压制2～3min先暂停压制后再重新进行压制。
[0020]本方案的有益效果为：本方案中的方法能够更好的制备混合材料。
[0021]进一步，步骤1采用研磨或球磨的方式对Mg(BH4)2·
nNH3和M
x
O
y
粉末进行混合。
[0022]本方案的有益效果为：本方案中对Mg(BH4)2·
nNH3和M
x
O
y
粉末的混合效果更好。
[0023]进一步，步骤2对混合粉体压制1～4min，压制压力为280～310MPa。
[0024]本方案的有益效果为：本方案能够快速将混合粉体压制为固态电解质。
[0025]进一步，步骤1先对M
x
O
y
粉末进行干燥脱水，再进行混合。
[0026]本方案的有益效果为：本方案中可避免Mg(BH4)2·
nNH3粉末和M
x
O
y
粉末在混合过程中吸水潮解反应。
[0027]进一步，步骤1中M
x
O
y
粉末的干燥氛围为真空、氢气或空气。
[0028]本方案的有益效果为：本方案中可实现不同程度的氧缺位。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1、2、3中的原材料镁硼氢
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料，其特征在于：复合材料的结构式为Mg(BH4)2·
nNH3‑
M
x
O
y
，所述n为1、1.5或2，所述M为Y、Ti、Mn、Zr、Al和Re中的至少一种或Y、Zr、Re和Al中的至少两种；所述M
x
O
y
的质量比为15％～70％。2.根据权利要求1所述的一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料，其特征在于：Re为La、Ce和Pr中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法，其特征在于：复合材料的原材料包括M
x
O
y
粉末，所述M
x
O
y
粉末的粒径为纳米级。4.根据权利要求1所述的一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料及其制备方法，其特征在于：复合材料中M
x
O
y
的质量比为45％。5.一种含有界面缺陷的金属氧化物/镁硼氢氨化物高导电率固体电解质复合材料的制备方法，其特征在于：用于制备上述权利要求1～4中任意一种复合材料，制备步骤包括：步骤1，准备Mg(BH4)2·
nNH3和M
x

【专利技术属性】
技术研发人员：严义刚，王倩，陈云贵，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：