[发明专利]一种碱金属负极-电解质一体化材料及其制备方法和在空气中组装固态电池的应用

权利要求书

1.一种碱金属负极-电解质一体化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将干燥后的电解质盐溶解于有机溶剂中，得到均匀电解质盐溶液；

(2)向步骤(1)所得电解质盐溶液中加入离子导体成分，充分搅拌、分散，形成均匀的电解质浆料；

(3)在保护气氛中将电解质浆料涂覆于碱金属材料表面，有机溶剂挥发后得到碱金属负极-电解质一体化材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述电解质盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠、硫代碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、氟化钠、氟硼酸钾、六氟磷酸钾、双氟磺酰亚胺钾、双三氟甲基磺酰亚胺钾、高氯酸钾和三氟甲磺酸钾中的一种以上；

所述机溶剂为四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述离子导体成分包括聚偏二氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述离子导体成分还包含添加剂，添加剂的含量为0-20wt％；所述添加剂为有机聚合物和无机纳米颗粒中的一种以上；所述有机聚合物为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氧化乙烯，所述无机纳米颗粒为二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂、Li₁₀GeP₂S₁₂和Li₆PS₅Cl中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述电解质浆料中离子导体成分含量为0-60wt％，电解质盐成分含量为5-80wt％；

所述充分搅拌、分散的工艺条件为：20-30℃下磁力搅拌2-12h，随后25-35℃超声分散30min得到均匀的电解质浆料。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述碱金属材料为锂片、钠片、钾片、锂合金、钠合金和钾合金中的一种；

所述电解质浆料的涂覆量为10-150μL/cm²；

所述保护气氛具体为水值和氧值均≤0.1ppm的氩气气氛；

所述有机溶剂挥发的工艺条件为：在水值和氧值均≤0.1ppm的氩气气氛下，温度维持20-30℃，保护气氛下自然挥发12-72h。

7.一种由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的碱金属负极-电解质一体化材料，其特征在于：该碱金属负极-电解质一体化材料中的电解质膜的厚度为5μm～150μm，电解质膜中离子导体的含量为55-96wt％，电解质盐含量为4-45wt％。

8.一种在空气中组装的基于碱金属负极-电解质一体化的固态电池，其特征在于：该固态电池包括正极和权利要求7所述的碱金属负极-电解质一体化材料，其中正极面对碱金属负极-电解质一体化材料的电解质侧。