[发明专利]一种宽温固态金属空气电池及其制备方法

说明书

本发明适用于固态金属空气电池领域，提供了一种宽温固态金属空气电池，包括：C‑IL@MOF固态正极、IL@MOF固态电解质以及金属负极；所述的C‑IL@MOF固态正极是由导电催化剂、金属有机框架材料和离子液体复合而成；所述的IL@MOF固态电解质由金属有机框架材料和离子液体复合而成。一种宽温固态金属空气电池的制备方法，从上至下将C‑IL@MOF固态正极、IL@MOF固态电解质以及金属负极封装在电池中。此集成IL@MOF固态电解质和C‑IL@MOF固态正极的IL@MOF/C‑IL@MOF结构用于宽温固态金属空气电池，表现出快速的反应动力学、超离子传导性和电化学耐久性。

技术领域

本发明属于固态金属空气电池领域，尤其涉及一种宽温固态金属空气电池 及其制备方法。

背景技术

在无机固体电解质中，由于无机硫化物在空气环境中不稳定，会产生有毒 的硫化氢，不方便应用在锂空气电池中；此外，钙钛矿型和反钙钛矿型固体电 解质表现出较低的离子电导率。目前研究比较多的是具有较高离子电导率的钠 超离子导体和石榴石固体电解质。然而，使用固态电解质所导致的大的界面电 阻限制了固态电池性能的提升。在聚合物电解质方面，由聚合物基体和液体电 解质组成的凝胶聚合物电解质已被用于金属空气电池来解决固/固界面问题。尽 管凝胶聚合物电解质表现出高离子传导性，接近液体电解质，但由于含有一定 量的液体电解质，其挥发问题仍未解决。同时，人们尝试了一种不含液态电解 质的复合聚合物电解质的新型柔性金属空气电池，该电池在高温(55℃)时表 现出较长的循环寿命和较低的过电位。然而，其实际应用受到温度依赖性的阻 碍。目前来说，兼具高离子电导率、高稳定性和良好的界面接触之间的固态电 解质对金属空气电池仍是需要探索的。

此外，金属空气电池的正极是电池反应的主要场所，需要构筑同时包含气 体、电子以及离子的反应界面。目前，常用构筑固态正极的手段是将固态电解 质与正极催化剂球磨或共烧结，这会导致三项界面受限从而影响固态电池的性 能。因此，构筑合理的金属空气电池的固态正极同样也是目前的难题之一。

为避免上述技术问题，确有必要提供一种宽温固态金属空气电池及其制备 方法以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽温固态金属空气电池及其制备方法，旨在解 决兼具高离子电导率和高稳定性的固态电解质材料和具有良好的界面接触、连 续电子/离子传输的多孔结构固态正极的制备技术难题。

本发明是这样实现的，一种宽温固态金属空气电池，包括：

C-IL@MOF固态正极、IL@MOF固态电解质以及金属负极；

所述的C-IL@MOF固态正极是由导电催化剂、金属有机框架材料和离子液体 复合而成；

所述的IL@MOF固态电解质由金属有机框架材料和离子液体复合而成。

进一步的技术方案，所述MOF为MIL-101、UiO-66、UiO-67中单一或多种 材料。

进一步的技术方案，所述IL为咪唑类、吡啶类、季铵盐类离子液体中单一 或多种材料。

进一步的技术方案，所述C-IL@MOF固态正极中的C为碳纳米管、石墨烯、 导电碳中单一或多种材料。

进一步的技术方案，所述复合方法为研磨混合法。

进一步的技术方案，所述金属负极为锂片、钠片、钾片、锌片、铁片、镁 片或者铝片中的一种。

一种宽温固态金属空气电池的制备方法，从上至下将C-IL@MOF固态正极、 IL@MOF固态电解质以及金属负极封装在电池中。

具体包括如下步骤；

S1.制备MOF纳米粒子；