一种固态电解质可迁移离子数定量测试方法与流程

本发明涉及固态电解质领域，具体涉及一种固态电解质可迁移离子数定量测试方法。

背景技术：

1、基于高能量密度、高安全性能等优点，无机固态电解质成为固态电池领域研究的热点。电解质材料位于正负极材料之间，起到输运离子、隔绝电子的作用。无机固态电解质的离子电导率的高低，取决于离子在多尺度上、尤其原子尺度上传导的快慢。因此理解离子传导问题，挖掘离子传导快慢的原因及规律，从而合理有效地设计新的高离子传导性能(高离子电导率、低激活能)的无机固态电解质材料对发展固态电池至关重要。

2、由于无机固体电解质具有周期性的晶体结构，其性质易于计算，目前，理论计算领域的研究人员已经积累了很多先进经验知识，如实现快离子传导的结构要求知识乃至通用性规则等，这为合理有效地优化、设计高离子传导性能的电解质材料提供了强有力的支撑。但是，理论计算得到的一些设计策略或者调控规则都有相应的适用条件和范围，而且理论计算过程繁琐。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种通过成分变化直接判别某一种固态电解质离子传导性能的方法。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种固态电解质可迁移离子数定量测试方法，包括：

3、步骤1，测试无机固态电解质中a离子的离子数占总离子数的百分比，记为m；

4、步骤2，将无机固态电解质放入包含b盐的离子液体内；

5、步骤3，搅拌后离心、清洗、干燥，得到包含b离子的无机固态电解质；

6、步骤4，测试步骤3得到的无机固态电解质中b离子的离子数占总离子数的百分比，记为n，计算n/m；

7、步骤5，重复步骤2-4，直至前后两次n/m的误差不超过1％，以最后一次n/m的值为无机固态电解质中可迁移的a离子数。

8、可选地，所述a离子为钠离子，所述无机固态电解质为na-beta-al2o3或nasicon型电解质。

9、可选地，所述b盐为锂盐，包括双三氟甲基亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂中的任意一种或几种。

10、可选地，所述a离子为锂离子，所述无机固态电解质为perovskite型、nasicon型、lisicon型、lipon型、li3po4-li4sio4型或garnet型电解质。

11、可选地，所述b盐为钠盐，包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、二(三氟甲基磺酰)亚胺钠中的任意一种或几种。

12、可选地，所述离子溶液为1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺盐、三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐、四氟硼酸三乙基甲基铵、四氟硼酸四乙基铵、1-丙基-1-甲基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-4-叔丁基吡啶碘中的任意一种或几种。

13、可选地，步骤3中，将装有无机固态电解质和离子液体的反应釜放入均相反应器内，以40rpm/min-60rpm/min的转速旋转搅拌48h-72h。

14、可选地，步骤3中，搅拌温度为180℃-250℃。

15、可选地，步骤2中，b盐在离子液体内的浓度为0.1mol/l-0.5mol/l。

16、可选地，采用电感耦合等离子体光谱仪测试m或n的值。

17、本发明的有益效果为：

18、(1)本发明提供了一种可以定量测试无机固态电解质中可贡献离子传导性能的离子数的方法，该测试方法的结果可以直观有效地与理论计算结果相互印证，判断或预测某种无机固态电解质的离子传导性能，对固态电解质离子传输通道的研究实现了定性描述到定量分析的转变，为设计高性能的无机固态电解质予以启示。

19、(2)本发明提供的测试方法具有高度的准确性和一致性，且具有普适性，能够预测目前已知或未知的多种无机固态电解质的离子传导性能。

20、(3)与理论计算相比，本发明提供的测试方法更加简单、易操作。

技术特征：

1.一种固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，所述a离子为钠离子，所述无机固态电解质为na-beta-al2o3或nasicon型电解质。

3.如权利要求2所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，所述b盐为锂盐，包括双三氟甲基亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂中的任意一种或几种。

4.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，所述a离子为锂离子，所述无机固态电解质为perovskite型、nasicon型、lisicon型、lipon型、li3po4-li4sio4型或garnet型电解质。

5.如权利要求4所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，所述b盐为钠盐，包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、二(三氟甲基磺酰)亚胺钠中的任意一种或几种。

6.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，所述离子溶液为1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺盐、三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐、四氟硼酸三乙基甲基铵、四氟硼酸四乙基铵、1-丙基-1-甲基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-4-叔丁基吡啶碘中的任意一种或几种。

7.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，步骤3中，将装有无机固态电解质和离子液体的反应釜放入均相反应器内，以40rpm/min-60rpm/min的转速旋转搅拌48h-72h。

8.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，步骤3中，搅拌温度为180℃-250℃。

9.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，步骤2中，b盐在离子液体内的浓度为0.1mol/l-0.5mol/l。

10.如权利要求1所述的固态电解质可迁移离子数定量测试方法，其特征在于，采用电感耦合等离子体光谱仪测试m或n的值。

技术总结
本发明公开了一种固态电解质可迁移离子数定量测试方法，包括：步骤1，测试无机固态电解质中A离子的离子数占总离子数的百分比，记为m；步骤2，将无机固态电解质放入包含B盐的离子液体内；步骤3，搅拌后离心、清洗、干燥，得到包含B离子的无机固态电解质；步骤4，测试步骤3得到的无机固态电解质中B离子的离子数占总离子数的百分比，记为n，计算n/m；步骤5，重复步骤2‑4，直至前后两次n/m的误差不超过1％，以最后一次n/m的值为无机固态电解质中可迁移的A离子数。本申请提供了一种通过离子交换的方式，来定量测试固态电解质可迁移离子数的方法，该方法操作简单，经与理论计算值相互印证后，证明该方法的可行性。

技术研发人员：朱蕾,吴洁,孙晓慧,汤卫平,吴勇民,韩松益
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12