一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新材料领域，具体提供了一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料及其制备方法，具体采用有机离子型塑性晶体二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐和阴离子添加剂在室温下以一定比例在乙醇中混合，充分混合搅拌，旋蒸除去溶剂，70℃在P2O5存在的条件下真空干燥不低于48h，得到掺杂一定摩尔比例[N

【技术实现步骤摘要】
一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体提供了一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]全球对可靠、清洁能源的转换和储存技术需求的迅速增长，推动越来越多能源技术的研究。双离子电池(DIB)基于在充电/放电过程中在阳极和阴极中分别存储阳离子和阴离子的工作机制，具有工作电压高、成本低和安全性好等优点，在高效储能方面比锂离子电池(LIB)更受关注。而阴阳离子接力电池(ACRB)是通过阴极交替和顺序插入/提取反应来充分利用阳离子和阴离子，从而表现出优异的储能能力、高库仑效率和稳定的长期循环性能。新型电池的安全性一直是人们最关心的问题，对电池本身来说也是一个新的挑战，全固态电池主要以固态电解质为依托，相比于传统的液态电池，不易燃、不挥发，电池的安全性得到很大的提高。
[0003]有机离子型塑性晶体(OIPCs)因其独特的电化学和物理性能，如高电化学和热稳定性、不易燃性和不挥发性，使其成为一类很有前途的固态电解质材料。但未改性的有机离子型塑性晶体的离子电导率普遍不高，因此可以通过向其掺加阴离子提高内部流动缺陷的数量和大小，从而使固体材料的离子电导率提高几个数量级以达到实际应用水平。
[0004]因此能否提供一种性能更加可靠的有机离子型塑性晶体作为新型固态电解质材料成为本领域亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的诸多问题，提供了一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料及其制备方法，具体采用有机离子型塑性晶体(OIPCs)二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐([N
1122
][CSA])和阴离子添加剂(如：二甲基二乙基氯化铵([N
1122
]Cl)、二甲基二乙基氟化铵([N
1122
]F))在室温下以一定比例在乙醇中混合，充分混合搅拌，旋蒸除去溶剂，70℃在P2O5存在的条件下真空干燥不低于48h，得到掺杂一定摩尔比例[N
1122
]Cl、[N
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]F的[N
1122
][CSA]混合产品。该产品属于掺杂阴离子的塑晶类高电导率固态电解质材料，具有较高的离子电导率，较好的电化学稳定性和热稳定性，有效地解决了有机离子型塑性晶体离子电导率不高的问题，其阴离子传导为OIPCs在某些新型电池如石墨双离子电池(DIB)、阴阳离子接力电池(ACRB)中的应用提供了可能。
[0006]本申请的主要机理为：通过向有机离子型塑性晶体[N
1122
][CSA]中掺杂[N
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]Cl、[N
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]F，调整塑性晶体内部缺陷的数量和大小，从而提高固体材料的离子电导率。[N
1122
]Cl、[N
1122
]F与[N
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][CSA]具有相同的阳离子，掺杂之后除阴离子外，未引入其他的离子，使掺杂[N
1122
]Cl、[N
1122
]F的[N
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][CSA]混合物更能够保持塑性晶体的优良性质，同时掺杂入的F
‑
、Cl
‑
离子体积较小，可以在缺陷中进行快速迁移，比较有利于传导。
[0007]本专利技术的具体技术方案如下：
[0008]一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料，其原料为有机离子型塑性晶体(OIPCs)二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐，其结构式如下：
[0009][0010]采用的阴离子掺杂剂二甲基二乙基氯化铵([N
1122
]Cl)、二甲基二乙基氟化铵([N
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]F)的结构式分别为：
[0011][0012]上述有机离子型塑性晶体二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐([N
1122
][CSA])的制备方法参考文献(王欣.樟脑磺酸季铵类塑性晶体合成及纳米限域下n
‑
C
28
、C
30
相行为[D].山东农业大学，2020.)中记载，专利技术人在此不再赘述。
[0013]采用上述改性剂改性的有机离子型塑性晶体具有如下特性：
[0014]既保持了有机离子型塑性晶体的优良性质，如高电化学和热稳定性、不易燃性和不挥发性，还使离子电导率得到明显提升，已接近实用水平。
[0015]除此之外，专利技术人还提供了上述掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料的制备方法，具体步骤如下：
[0016]步骤1、在惰性气氛下，称取一定质量的有机离子型塑性晶体二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐放入圆底烧瓶中，加入适量的乙醇溶解；其中溶剂和溶质的质量比为5：1
‑
7:1。
[0017]步骤2、在惰性气氛下，称取一定摩尔比例的二甲基二乙基氯化铵([N
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]Cl)或二甲基二乙基氟化铵([N
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]F)，加入到上述溶液中；
[0018]加入的二甲基二乙基氯化铵或二甲基二乙基氟化铵的摩尔数，占二甲基二乙基氯化铵或二甲基二乙基氟化铵，以及二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐混合物的摩尔总数的10
‑
20％；
[0019]步骤3、充分混合搅拌4h之后，旋蒸去除溶剂；
[0020]步骤4、在干燥剂P2O5存在的条件下，70℃真空干燥不低于48h。
[0021]步骤2中如加入的改性剂摩尔比例过小，则不能够最大程度的提高离子电导率，而摩尔比例过大的改性剂会因阴离子浓度已经饱和，不但不能继续提高离子电导率，还会使电导率降低，因此，二甲基二乙基氯化铵([N
1122
]Cl)、二甲基二乙基氟化铵([N
1122
]F)选取上述的最佳掺杂浓度为[N
1122
]Cl或[N
1122
]F以及[N
1122
][CSA]摩尔数的10
‑
20％；优选采用10％。
[0022]优选的，所述的二甲基二乙基氯化铵([N
1122
]Cl)由以下方法制备：
[0023]在惰性气氛下，将一定质量的二甲基二乙基氢氧化铵([N
1122
]OH)加入到圆底烧瓶中，在冰浴条件下，将稀释好的等摩尔量的盐酸的缓慢加入圆底烧瓶中，充分混合搅拌12h，旋蒸去除溶剂，将得到的粗产品使用乙醇、乙醚进行三次重结晶，得到的产品在干燥剂P2O5存在的条件下，70℃真空干燥不低于48h；
[0024]优选的，所述的二甲基二乙基氟化铵([N
1122
]F)由以下方法制备：
[0025]在惰性气氛下，将一定质量的二甲基二乙基氢氧化铵([N
1122
]OH)加入到圆底烧瓶中，在冰浴条件下，将稀释好的等摩尔量的氢氟酸缓慢加入圆底烧瓶中，充分混合搅拌12h，旋蒸去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料，其特征在于：其原料为有机离子型塑性晶体二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐，其结构式如下：采用的阴离子掺杂剂为二甲基二乙基氯化铵或二甲基二乙基氟化铵，其结构式分别为：2.权利要求1所述高电导率的掺杂阴离子的塑晶类固态电解质材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1、在惰性气氛下，称取一定质量的有机离子型塑性晶体二甲基二乙基铵樟脑磺酸盐放入圆底烧瓶中，加入适量的乙醇溶解；步骤2、在惰性气氛下，称取一定摩尔比例的二甲基二乙基氯化铵或二甲基二乙基氟化铵，加入到上述溶液中；其中加入的二甲基二乙基氯化铵或二甲基二乙基氟化铵的摩尔数占混合物摩尔总数的10
‑
20％。步骤3、充分混合搅拌4h之后，旋蒸去除溶剂；步骤4、在干燥剂P2O5存在的条件下，70℃真空干燥不低于48h。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文静，兰孝征，王欣，张冬雪，张显敏，李宇，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：