一种固态电解质及其制备方法和应用

技术特征：
1.一种固态电解质，其特征在于，包括稀土元素掺杂改性钛酸锂纳米片、聚氧化乙烯、碱金属盐溶液和乙腈。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述稀土元素为镧系稀土元素，稀土元素掺杂钛酸锂通过水热法得到；镧系稀土元素掺杂的钛酸锂的质量为聚氧化乙烯质量的0.5％-10％，碱金属盐溶液的的摩尔数为聚氧化乙烯摩尔数的5％-20％，乙腈的质量为聚氧化乙烯质量的10-20倍。3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的厚度为50um-300um。4.权利要求1至3任一项所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用水热法制备镧系稀土元素掺杂的钛酸锂；(2)将所述镧系稀土元素掺杂的钛酸锂、乙腈和碱金属盐溶液混合得到混合物；(3)将所述混合物与聚氧化乙烯粉末混合均匀，得到电解质分散液；将所述电解质分散液干燥得到固态电解质。5.根据权利要求4所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体包括：(a)将氢氧化锂倒入无水乙醇中搅拌，得到溶液a；(b)将镧系稀土元素的氯化物倒入无水乙醇搅拌，得到溶液b；(c)在溶液a中加入钛酸四丁酯后得到溶液c；(d)溶液c充分搅拌后倒入溶液b后搅拌配制溶液d；(e)将溶液d倒于反应釜中，密闭后进行水热反应，然后收集沉淀物，干燥、煅烧，得到镧系稀土元素掺杂的钛酸锂。6.根据权利要求5所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，氢氧化锂与无水乙醇的用量比为0.005-0.02mol：40-70ml；步骤(b)中，镧系稀土元素与无水乙醇的用量比0.0005-0.0015mol：30-60ml；步骤(c)中，钛酸四丁酯与溶液a的用量比满足0.005-0.02mol lioh：2.8-3.8ml钛酸四丁酯；步骤(d)中，溶液c与溶液b满足锂元素与镧元素的摩尔比为10-2：1；步骤(e)中，水热反应的温度为160-200℃，时间为30-42h；煅烧的温度为650-750℃，时间为6-8h。7.根据权利要求4所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：在乙腈中加入镧系稀土元素掺杂的钛酸锂并混合均匀后，再加入碱金属盐溶液并混合均匀；或者在乙腈中加入碱金属盐溶液并混合均匀后，再加入镧系稀土元素掺杂的钛酸锂并混合均匀。8.根据权利要求4所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，将电解质分散液干燥得到固态电解质，具体包括：将电解质分散液倒入模具内，并在室温中静置12-24小时后，将带有电解质分散液的模具放入真空烘箱中，并在50-70℃下真空干燥30-42小时。9.根据权利要求4所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，聚氧化乙烯中重复单元的摩尔数与碱金属盐的摩尔数的比为1:0.05-0.1，镧系稀土元素掺杂的钛酸锂的质量为聚氧化乙烯质量的0.5-10％，乙腈的质量为聚氧化乙烯质量的10-20倍。10.权利要求1所述的固态电解质或权利要求2至9任一项所述的制备方法得到的固态电解质在制备固态电解质电池中的应用。

技术总结
本发明公开一种固态电解质及其制备方法和应用，所述固态电解质包括水热法制备稀土掺杂改性的钛酸锂纳米片、聚氧化乙烯、碱金属盐溶液和乙腈；所述改性钛酸锂纳米片具有高比表面积，表面富含电荷，能为固态电解质提供丰富的离子传输通道，其表面负电荷及丰富氧空位，能促进碱金属盐的解离，提高自由金属离子浓度，纳米片状结构能很好地阻止聚氧化乙烯的链段重排结晶，降低聚氧化乙烯的结晶度，提高其离子传输能力，从而提升固态电解质的离子电导率，且镧系稀土元素掺杂钛酸锂稳定性高，充放电过程中不易分解，与聚氧化乙烯能够更好地相容并可形成物理交联点，提高固态电解质的机械强度，且工艺简单、产率高、成本低、重复性好、性能调控手段丰富。能调控手段丰富。能调控手段丰富。


技术研发人员：许国保 桂锋 周璇 穆腾骁 杨利文 黄建宇
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/2/3