[发明专利]以EDTA改性棉布为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法

说明书

本发明属于储能器件技术领域，涉及一种储能体系器件材料的制备方法，特别涉及一种以EDTA改性棉布为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法。本发明首先将清洗干净的棉布用NaOH水溶液进行活化，然后用硅烷偶联剂APTES在棉布表面接枝氨基，再将棉布进行EDTA改性处理。最后配制某种类型的氧化物型陶瓷织物金属离子前驱液；将改性过后的棉布浸渍前驱液，经高温煅烧后得到氧化物型陶瓷织物；最后，浇注“聚合物导电锂盐”体系的聚合物电解质得到氧化物型陶瓷织物复合固态电解质。该材料可应用于柔性固态锂电池中，具备良好的电化学性能和机械柔性。

技术领域

本发明属于储能器件技术领域，涉及一种储能体系器件材料的制备方法，特别涉及一种以EDTA改性棉布为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法。

背景技术

可穿戴电子产品，电动汽车和智能电网的快速发展，需要有高能量密度、高安全性、良好机械柔性的储能器件与之匹配。锂离子电池经过几十年的发展，已经成为当今电子产品的主流储能器件。然而，传统的商业锂离子电池以石墨作为负极，其仅有372mAh g^-1的理论容量，存在着能量密度低的重大缺陷。此外，电池中使用的有机液态电解质易燃、易泄露，极易造成严重的安全事故。与此同时，刚性电极和集流器以及液态电解质也使得锂离子电池难以实现柔性化，无法满足柔性、可穿戴的市场需求。

针对传统锂离子电池存在的诸多问题，一种有效的解决方案是用固态电解质来取代有机液态电解质。固态电解质不易燃，空气下稳定，在安全性方面，相对于液态电解质有了大幅度提高。此外，固态电解质的使用使得具有最低化学电位(-3.04V)和最高理论容量(3860mAh g^-1)的锂金属直接作为负极成为可能。固态电解质目前主要分为两类：有机聚合物固态电解质和无机陶瓷固态电解质。聚合物固态电解质制备简单且机械柔性优良，然而其室温下离子电导率低，电化学稳定窗口窄，难以满足电池的使用要求。陶瓷固态电解质也可细分为硫化物型陶瓷固态电解质和氧化物型陶瓷固态电解质，硫化物电解质室温下锂离子电导率高(10^-2S cm^-1)，然而其室温下及其不稳定，对大批量生产和商业化使用带来了诸多不便。氧化物固态电解质室温下离子电导率较高(10^-4S cm^-1)且在大气和水中稳定。不幸的是，氧化物陶瓷固态电解质刚性易碎，电极/电解质间存在着高界面电阻，无法满足柔性化的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以EDTA改性棉布为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法，该方法解决了纯棉布上有且仅有少量羟基，无法很好地吸附金属离子的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种以EDTA改性棉布为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法，该方法包括以下步骤：

S1、棉布的改性：将洁净的棉布置于质量浓度为10％±5％的NaOH水溶液中活化24h，然后水洗至中性；

将活化后的棉布置于体积浓度为50-60％的乙醇水溶液中，搅拌1-2h，加入APTES，APTES的用量为30-35g/L溶液，在30℃-50℃下搅拌4-5h，用乙醇清洗，用DMF交替清洗多次；

再将棉布至于3-5g/L EDTAD的DMF溶液中，在60℃-75℃下搅拌24h，依次用DMF、水、1-5wt％的NaHCO₃水溶液、水洗涤，直至棉布呈中性；

最后将棉布在-50℃至-60℃，真空20±5Pa下冷冻干燥，得到EDTA改性过的棉布；

S2、氧化物型陶瓷固态电解质金属离子前驱液的配置；

S3、氧化物型陶瓷织物的制备：

将S1得到的EDTA改性过的棉布浸渍于S2得到的前驱液中，在50-70℃的温度下搅拌充分后用无水乙醇冲洗、烘干；