【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态锂金属电池，尤其涉及一种具有连续离子和电子传输通道的混合导体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着电动汽车和大规模电网储能技术的发展，人们对能量密度高、循环寿命长、安全性能优越的电池的需求与日俱增。然而，传统的锂离子电池存在严重的安全问题，例如热失控和易燃，而且其能量密度无法满足各种先进应用的要求。锂金属阳极具有极高的理论容量(3860mah·g-1，而传统石墨阳极的理论容量为372mah·g-1)、低电化学电位(-3.04v，与标准氢电极相比)和低密度(0.53g·cm-3)。固体电解质(se)具有卓越的安全特性，并且由于其机械强度高，可以抑制锂枝晶的生长，从而提高电池的循环寿命和稳定性。因此，固态锂金属电池被认为是最有前途的储能设备之一，引起了广泛研究。
2、然而，固态锂金属电池的实际应用受到几个关键挑战的严重阻碍，包括电极-电解质界面的不稳定性、锂内部应力的积累以及锂枝晶的生长。具体来说，在锂沉积和剥离过程中，会发生巨大的体积变化，在界面上产生空隙，并引发极化随周期急剧增加。循环过程中发生的电化学反应会在锂金属内部产生巨大的应力(每135mv的电位大约产生1gpa的应力)，然后转移到se上。这种巨大的应力会导致se断裂，并由于“尖端效应”而形成锂枝晶穿透的通道，最终导致电池短路。
3、面对这些挑战，研究人员已经做出了大量努力，并取得了令人鼓舞的进展。一种有效的策略是在锂金属阳极上创建人工固态电解质界面膜(sei)。例如，多孔有机聚合物被集成到基于聚氧化乙烯(peo)的se中，形成
4、因此，有必要为固态锂金属电池提供一种结构稳定、循环性能好，具有优异锂离子和电子传输性能的导体材料。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种具有连续离子和电子传输通道的混合导体及其制备方法和应用。本专利技术提供的具有连续离子和电子传输通道的混合导体具有高亲锂性、优异的锂离子扩散和电子传输能力，能够改善锂金属的沉积和剥离，在高性能固态锂金属电池领域具有极高的应用价值。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种具有连续离子和电子传输通道的混合导体，所述混合导体包括亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列和沉积在所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列表面的固态电解质界面膜。
4、优选的，所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列中氮化钛纳米管的直径为50-200nm。
5、优选的，所述亲锂修饰的亲锂材料包括纳米银颗粒、纳米金颗粒、纳米锌颗粒和纳米硅颗粒中的一种或多种。
6、优选的，所述固态电解质界面膜的化学组成包括氟化锂、氧化锂、碳酸锂、氮化锂中的一种或多种。
7、优选的，所述固态电解质界面膜的构建方法为预锂化法；所述预锂化法包括电化学沉积或原子层沉积。
8、优选的，所述固态电解质界面膜的厚度为5-50nm。
9、优选的，所述氮化钛纳米管阵列的制备方法包括：将二氧化钛纳米管阵列在氨气中退火，得到所述氮化钛纳米管阵列。
10、优选的，所述退火的温度为750-850℃，退火的时间为0.5-5h，升温至退火温度的速率为1-5℃·min-1。
11、本专利技术提供了上述技术方案所述具有连续离子和电子传输通道的混合导体的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)将氮化钛纳米管阵列进行亲锂修饰，得到亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列；
13、(2)在步骤(1)得到的亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列表面构建固态电解质界面膜，得到所述具有连续离子和电子传输通道的混合导体。
14、本专利技术还提供了上述技术方案所述具有连续离子和电子传输通道的混合导体在制备电池电极材料中的应用。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
16、1、本专利技术采用亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列和固态电解质界面膜组成具有连续离子和电子传输通道的混合导体，可以促进锂在纳米管内通过蠕变机制均匀沉积和剥离，有助于提高电极材料的电化学稳定性；氮化钛纳米管阵列不仅可以提高电极材料的整体电导率，而且可以适应充放电循环中负极的体积变化；并且氮化钛对锂稳定，减少了循环过程中的副反应。
17、2、本专利技术提供的具有连续离子和电子传输通道的混合导体中具有高亲锂性、高锂离子扩散速率的固态电解质界面膜sei形成了连续的锂离子传输通道，显著提高了锂离子的扩散和传输能力；具有优异电子电导率的氮化钛纳米管阵列和sei共同形成了连续的锂离子和电子传输通道，有利于锂金属的均匀沉积和剥离。
18、3、将本专利技术提供的具有连续离子和电子传输通道的混合导体应用于固态锂金属电极材料中，组装成的固态锂金属电池呈现出比容量高、倍率性能好、循环稳定性强等特点，说明本专利技术提供的混合导体在高性能固态锂金属电池领域具有重要的应用前景。
19、4、本专利技术提供的具有连续离子和电子传输通道的混合导体的制备方法具有简单高效、操作容易、成本低廉等优点，适合进一步推广。
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1.一种具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述混合导体包括亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列和沉积在所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列表面的固态电解质界面膜。
2.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列中氮化钛纳米管的直径为50-200nm。
3.根据权利要求1或2所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述亲锂修饰的亲锂材料包括纳米银颗粒、纳米金颗粒、纳米锌颗粒和纳米硅颗粒中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述固态电解质界面膜的化学组成包括氟化锂、氧化锂、碳酸锂、氮化锂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述固态电解质界面膜的构建方法为预锂化法；所述预锂化法包括电化学沉积或原子层沉积。
6.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述固态电解质界面膜的厚度为5-50nm。
7.根据权利
8.根据权利要求7所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述退火的温度为750-850℃，退火的时间为0.5-5h，升温至退火温度的速率为1-5℃·min-1。
9.权利要求1-8任一项所述具有连续离子和电子传输通道的混合导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1-8任一项所述具有连续离子和电子传输通道的混合导体在制备电池电极材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述混合导体包括亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列和沉积在所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列表面的固态电解质界面膜。
2.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述亲锂修饰的氮化钛纳米管阵列中氮化钛纳米管的直径为50-200nm。
3.根据权利要求1或2所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述亲锂修饰的亲锂材料包括纳米银颗粒、纳米金颗粒、纳米锌颗粒和纳米硅颗粒中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述固态电解质界面膜的化学组成包括氟化锂、氧化锂、碳酸锂、氮化锂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有连续离子和电子传输通道的混合导体，其特征在于，所述固态电解质界面膜的构建方...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈育明，李祖林，李小燕，吴军雄，陈潇川，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：
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