[发明专利]γ-LiAlO2

说明书

本发明公开了γ‑LiAlO₂与γ‑Al₂O₃复合纳米片及制法与制备碱金属离子电解质的应用，属于碱金属离子电池技术领域。γ‑LiAlO₂与γ‑Al₂O₃复合纳米片填料的制备方法为将铝源和表面活性剂溶解于有机溶剂中，然后进行水热反应，再进行离心、洗涤和干燥，得到无定形态Al₂O₃纳米片，与锂盐充分混匀，进行退火处理，得到γ‑LiAlO₂与γ‑Al₂O₃复合纳米片填料。本发明中的复合聚合物电解质包括γ‑LiAlO₂与γ‑Al₂O₃复合纳米片填料、聚合物基体和电解液。本发明制备的γ‑LiAlO₂/γ‑Al₂O₃纳米片具有高的比表面积和丰富的表面官能团，制备的复合聚合物电解质具有高的室温电导率和迁移数，室温电导率可以达到～10^‑3S/cm，且锂离子迁移数～0.91。基于该电解质的锂金属电池可以在2C倍率下，稳定循环1500圈以上，仍保持94.7％的容量。

技术领域

本发明属于碱金属离子电池技术领域，涉及一种γ-LiAlO₂与γ-Al₂O₃复合纳米片及制法与制备碱金属离子电解质的应用，更具体地，涉及一种γ-LiAlO₂与γ-Al₂O₃复合纳米片填料、复合聚合物电解质和碱金属电池，以及该复合聚合物电解质用于制备碱金属离子电解质的应用。

背景技术

随着电动汽车、移动便携设备的普及，人们对电化学储能技术提出了更高的要求。发展高能量和高功率密度已成为目前储能技术发展的关键。碱金属电池采用碱金属单质作为负极，具有极高的理论容量。然而，碱金属电池由于本身化学性质活泼，容易与电解液反应，消耗电解液的同时，产生界面副产物、枝晶生长和短路问题，使得电池难以在高倍率下保持长期稳定运行。研究证明，开发具有高室温电导率和碱金属离子迁移数的电解质有利于碱金属离子在负极表面的均匀沉积，抑制枝晶生长同时提升碱金属电池运行稳定性。

传统的聚合物基电解质材料具有较好的柔性和可加工性，且电极与电解质之间接触良好，有较好的实际应用前景。然而，其在室温下往往具有较低的室温电导率和离子迁移数，限制了其在锂金属电池中的应用。通过加入无机填料制备复合聚合物电解质是一种主要的技术方向。

目前用于聚合物基电解质材料填充改性的材料有纳米颗粒、纳米线，二纳米片和纳米骨架材料等。其中，纳米颗粒尽管在基质中分散性差、易发生团聚，难以形成连续的离子传输路径，对电解质室温电导率和离子迁移数提升有限；纳米线材料制备工艺复杂，且与聚合物基质混合后往往形成复杂的碱金属离子通道，对电解质室温电导率和离子迁移数提升有限；纳米骨架材料虽然可以提供连续的碱金属离子通道，但其中无机填料的尺寸通常达到微米量级，难以暴露大表面积与聚合物基质和锂盐相互作用，提供的锂离子通道也有限，因此对电解质室温电导率和离子迁移数提升有限。本发明中的γ-LiAlO₂与γ-Al₂O₃复合纳米片无机填料具有大表面积和丰富的表面官能团，可以暴露更多的活性位点与聚合物基质和锂盐相互作用，并提供大量的锂离子运动通道，提升电解质室温电导率和离子迁移数的同时，有利于提高电解质化学/电化学稳定性、力学稳定性和热稳定性。

发明内容