【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能体系器件材料制备，具体涉及一种图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法。
技术介绍
1、锂金属具有极高的理论比容量(3860mah/g)和极低的电极电位(-3.04v vs.标准氢电极)，这使得锂金属电池在能量密度方面具有显著优势，有望满足电动汽车、便携式电子设备等对长续航能力的迫切需求。锂金属与传统电解质之间的副反应会导致电解质的持续消耗和固体电解质界面(sei)膜的不稳定。不稳定的sei膜会不断破裂和重构，进一步加剧副反应的发生，影响电池的性能。为了解决这些问题，研究人员从多个方面展开了深入研究。包括开发新型电解质体系，在众多电解质材料中，凝胶电解质(gpes)由于其兼具液体电解质的高离子电导率和固体电解质的良好机械性能，受到了越来越多的关注。
2、尽管凝胶电解质取得了很大进展，但目前大多数gpes的强度和韧性仍然较低，这阻碍了它们通过机械强度调节li+沉积和抑制枝晶生长的能力。基于此问题，无机陶瓷纳米填料成为提高gpes机械强度和电化学性能的有效策略。但是由于无机陶瓷和有机聚合物的表面能存在巨大差距，在传统填料下，高浓度陶瓷极易发生团聚，严重影响了电解质的整体性能。此外，在低浓度陶瓷含量下，由于陶瓷纳米颗粒彼此分散，无法形成连续的离子传输路径，这也严重影响着电解质的导离子性能。通过静电纺丝制备纯陶瓷纳米纤维成为解决陶瓷团聚和分布不均的有效方法。但是由于带电液体射流的不稳定性，传统静电纺丝通常得到的是不规则的静电纺丝膜，而不规则的纳米纤维交叉产生的节点，阻碍了锂离子在电解质中的均匀传导，严重影响
3、因此，开发一种新的图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法，本专利技术所制备的图案化陶瓷纳米纤维为锂离子提供快速传导的通道，同时有序的排列避免了无规则纳米纤维交叉产生的节点，使锂离子可以无阻碍的在电解质中传导。图案化陶瓷纳米纤维能够优化聚合物电解质的结构，提高其机械稳定性，有助于抑制锂枝晶的生长。该材料可应用于柔性固态锂电池中，兼具机械柔性和良好的电化学性能。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法，具体步骤为：
3、s1.将陶瓷前驱体盐和助纺剂加入有机溶剂中，混合均匀得到纺丝溶液；
4、s2.对所述纺丝溶液进行静电纺丝，利用图案化导电模板作为接收器，得到图案化前驱体纤维，再将图案化前驱体纤维高温焙烧后得到图案化陶瓷纳米纤维膜；
5、s3.将聚合物单体和锂盐加入溶剂中，混合均匀，得到凝胶前驱体液；
6、s4.将凝胶前驱体液滴加在图案化陶瓷纳米纤维膜上，原位聚合完毕后得到图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质。
7、s1中，所述陶瓷前驱体盐和助纺剂的摩尔比为(4～6)：1；所述助纺剂占有机溶剂的质量比为6～9％；
8、优选的，所述助纺剂占有机溶剂的质量比为6.5％。
9、s1中，所述陶瓷前驱体盐为锂源、镧源、锆源、钛源和铝源中的任意一种或几种的组合；所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的任意一种或几种的组合；所述有机溶剂为乙醇、吡啶和异丙醇中的任意一种或几种的组合。
10、优选的，s1中，所述陶瓷前驱体盐为锂源、镧源、锆源和铝源中的一种或几种混合物；所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述有机溶剂为乙醇；
11、更优选的，s1中，所述陶瓷前驱体盐为氢氧化锂、六水硝酸镧、九水硝酸铝和醋酸锆；所述有机溶剂为无水乙醇的水溶液，其中，质量比为无水乙醇：水＝1：1。
12、s2中，所述静电纺丝的过程中湿度环境为20～35％，温度环境为30～35℃；所述静电纺丝的参数为滚筒转速为100～200rpm，纺丝溶液注射速度为0.5～2ml/h；所述图案化导电模板包括网格状、蜂窝状和圆孔状；
13、优选的，s2中，所述静电纺丝的过程中湿度环境为40％，温度环境为30℃；所述静电纺丝的参数为滚筒转速为100rpm，纺丝溶液注射速度为0.8ml/h；所述图案化导电模板为网格状的80目不锈钢。
14、s2中，所述高温焙烧的温度为700～1000℃，保温1～2h；
15、优选的，s2中，所述高温焙烧的温度为850℃，保温2h。
16、s3中，所述聚合物单体和溶剂的摩尔比为(0.5～1.5)：1；所述锂盐在凝胶前驱体液中浓度为0.5～2m；
17、优选的，s3中，所述聚合物单体和溶剂的摩尔比为1：1；所述锂盐在凝胶前驱体液中浓度为2m。
18、s3中，所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、2-乙烯基-2-乙基-1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环、2-甲基-1,3-二氧戊环中的任意一种或几种的组合；所述溶剂为乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的任意一种或几种的组合；所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和二氟硼酸锂中任意一种或几种的组合；
19、优选的，s3中，所述聚合物单体为1,3-二氧戊环；所述溶剂为乙二醇二甲醚；所述锂盐为六氟磷酸锂和双(三氟甲基磺酰)亚胺锂。
20、s4中，所述原位聚合的反应温度为10～60℃，反应时间为0.5～48h；
21、优选的，s4中，所述原位聚合的反应温度为30℃，反应时间为48h。
22、具体的，在本专利技术的一些实施例中通过上述制备方法制备得到了图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质，并且制备得到了陶瓷纳米纤维凝胶电解质电池。
23、具体的，在本专利技术的一些实施例中通过对制备得到的陶瓷纳米纤维凝胶电解质电池的电化学性能进行表征，通过阻抗测试、循环测试及电池循环500h后锂金属表面的微观图，证明了本专利技术制备得到的图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质在锂电池中拥有良好的性能，验证了图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质在柔性锂电池制备领域中的应用前景。
24、有益效果：
25、(1)陶瓷纳米纤维的存在，使凝胶电解质的化学稳定性获得大幅提高；
26、(2)陶瓷纳米纤维的表面可以为锂离子提供快速传导的通道；相比于随机分散排列的纳米纤维，有序排列的纳米纤维避免了无规则纳米纤维交叉产生的结点，使锂离子可以无阻碍地在电解质中传导，进一步提高凝胶电解质的电导率；
27、(3)图案化陶瓷纳米纤维能够优化聚合物电解质的结构，均匀li+的通量分布，有助于抑制锂枝晶的生长；
28、(4)所得到的图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质可应用于锂电池中，具有良好的电化学性能和机械柔性。
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1.一种图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述陶瓷前驱体盐和助纺剂的摩尔比为(4～6)：1；所述助纺剂占有机溶剂的质量比为6～9％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷前驱体盐为锂源、镧源、锆源、钛源和铝源中的任意一种或几种的组合；所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的任意一种或几种的组合；所述有机溶剂为乙醇、吡啶和异丙醇中的任意一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述静电纺丝的过程中湿度环境为20～35％，温度环境为30～35℃；所述静电纺丝的参数为滚筒转速为100～200rpm，纺丝溶液注射速度为0.5～2ml/h；所述图案化导电模板的形状包括网格状、蜂窝状和圆孔状。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述高温焙烧的温度为700～1000℃，保温1～2h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述聚合物单体和溶剂的摩尔比为
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、2-乙烯基-2-乙基-1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环、2-甲基-1,3-二氧戊环中的任意一种或几种的组合；所述溶剂为乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的任意一种或几种的组合；所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和二氟硼酸锂中任意一种或几种的组合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S4中，所述原位聚合的反应温度为10～60℃，反应时间为0.5～48h。
9.权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制备得到的图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质。
10.权利要求9中所述的图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质在柔性锂电池制备领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种图案化陶瓷纳米纤维基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，所述陶瓷前驱体盐和助纺剂的摩尔比为(4～6)：1；所述助纺剂占有机溶剂的质量比为6～9％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷前驱体盐为锂源、镧源、锆源、钛源和铝源中的任意一种或几种的组合；所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的任意一种或几种的组合；所述有机溶剂为乙醇、吡啶和异丙醇中的任意一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，所述静电纺丝的过程中湿度环境为20～35％，温度环境为30～35℃；所述静电纺丝的参数为滚筒转速为100～200rpm，纺丝溶液注射速度为0.5～2ml/h；所述图案化导电模板的形状包括网格状、蜂窝状和圆孔状。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，所述高温焙烧的温度为700～1000℃，保温1～2h。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵云，黄澳，冯浩哲，许剑光，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：
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