[发明专利]一种全固态金属-空气电池用多孔塑晶电解质及其制备方法、全固态金属-空气电池

说明书

本发明提供了一种多孔塑晶复合物，所述多孔塑晶复合物具有类球形颗粒堆叠形成的多孔形貌；所述塑晶包括丁二腈。本发明提供的多孔塑晶复合物，作为多孔塑晶电解质，具有稳定性好、离子电导率高且孔隙度可调等特点，应用于全固态金属‑空气电池，作为电解质隔层和引入固态正极中，能够有效的降低电解质隔层与电极之间的界面阻抗，而且由于其孔隙度可调，还能够引入到固态正极中实现与活性材料紧密接触的同时不阻碍气体扩散，有效的增加了三相界面，增加反应位点，解决了现有的金属‑空气电池存在的界面阻抗大和正极三相界面少的问题，提高了全固态锂‑氧气电池的放电容量等电化学性能。

技术领域

本发明涉及金属-空气电池技术领域，涉及一种多孔塑晶复合物及其制备方法、金属-空气电池，尤其涉及一种全固态金属-空气电池用多孔塑晶电解质及其制备方法、全固态金属-空气电池。

背景技术

随着电动汽车对续航里程的要求不断提高，目前市场上主流的锂离子电池已经无法满足其需求。金属空气电池由于具有十倍于锂离子电池的超高的能量密度而受到广泛关注。空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，所不同的只是它的正极活性物质取自空气中的氧或纯氧，也称为氧气电池，按负极材料分类可以包括金属空气电池，如锂-空气电池、钾-空气电池、钠-空气电池、锌-空气电池、铝-空气电池以及镁-空气电池等。金属空气电池由正极、电解质和负极组成。正是由于金属空气电池极高的能量密度引起了广泛关注，理论上来说，这种电池可以更小、更轻，具有超高的比能量，而且使用方便，成本廉价等优点，因而，被领域内认为是一种有前途的下一代储能器件。

虽然金属-空气电池具有很多优势，但是在投入实际生产之前还需要诸多方面的研究，仍然需要解决许多关键性问题，如安全性问题，常用的电解质为有机溶剂和锂盐混合而成的电解液。这种电解液由于含有大量的有机溶剂，因此具有易燃、泄露等安全隐患。而固态电解质因为不含有任何可燃物质，具有优异的安全性，成为近年来的研究热点。

目前，对于全固态锂-氧气电池用固态电解质的研究主要集中在陶瓷电解质方面。虽然致密的陶瓷电解质目前可以达到媲美液态电解液的离子电导率，但是其硬度较大，和电极的界面接触不良，形成较大的界面阻抗。

因此，如何制备更适宜的固态电解质，在解决金属-空气电池的安全性问题的同时，还能进一步提高金属空气电池的性能，已经成为该领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多孔塑晶复合物及其制备方法、金属-空气电池，特别是一种全固态金属-空气电池用多孔塑晶电解质。本发明提供的多孔塑晶固态电解质，是一种稳定的、离子电导率高且孔隙度可调的固态电解质，用于全固态金属-空气电池，能够减少界面阻抗，同时有效增加三相界面，进而提高全固态金属-空气电池的性能。

本发明提供了一种多孔塑晶复合物，所述多孔塑晶复合物具有类球形颗粒堆叠形成的多孔形貌；

所述塑晶包括丁二腈。

优选的，所述类球形颗粒包括球形颗粒和/或椭球形颗粒；

所述堆叠包括堆积、相连、相邻和粘连中的一种或多种；

所述类球形颗粒的直径为5～20μm；

所述多孔包括蜂窝状孔洞；

所述多孔的孔径为10～200μm。

优选的，所述多孔的孔径可调节；

所述多孔塑晶复合物还包括锂盐、聚合物和添加剂；

所述塑晶占多孔塑晶复合物的比例为30wt％～40wt％；

所述锂盐占多孔塑晶复合物的比例为7wt％～15wt％；

所述添加剂包括抗氧化剂。