[發明專利]一種離子液體-超臨界二氧化碳混合電解質、制備及電池

有效

• 申請號: 201810611922.4
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108808177B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 陳人杰;賴靜寧;邢易;張笑笑
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔;仇蕾安

本發明涉及一種離子液體?超臨界二氧化碳混合電解質、制備及電池，屬于鋰電池領域。所述電解質由超臨界態二氧化碳、離子液體和鋰鹽組成。所述電解質的制備方法為：在反應釜中加入鋰鹽和離子液體，然后加入超臨界二氧化碳，充分攪拌混合，得到一種離子液體?超臨界二氧化碳混合電解質；其中，反應釜溫度為10～80℃；壓力為5～50MPa。所述方法簡單易行，CO₂同時作為電池的電解質和正極活性物質，使電池成分相對簡單，又解決了CO₂在常規電解質中傳質差的問題。將超臨界CO₂溶劑作為電解液組成成分，能有效地溶解電極上生成的難溶的Li₂CO₃，從而提高二次電池的可逆性。

技術領域

本發明涉及一種離子液體-超臨界二氧化碳混合電解質、制備及電池，屬于鋰電池領域。

背景技術

超臨界流體(Supercri tical Fluid，SCF)是指處于臨界溫度(Tc)與臨界壓力(Pc)以上的流體。在超臨界狀態下，流體兼有氣液兩相的雙重特點，既具有與氣體相當的高擴散系數和低的粘度,又具有與液體相近的密度和對物質良好的溶解能力。超臨界流體對體系壓力及溫度的變化十分敏感,尤其是在臨界點附近，溫度和壓力的微小變化往往會導致超臨界流體自身的物理性質以及對溶質的溶解度發生幾個數量級的變化。常用的超臨界流體有CO₂、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等，由于CO₂的臨界溫度、臨界壓力較易達到，而且化學性質穩定、無毒、無臭、無色、無腐蝕性，容易得到較純產品，因此是最常用的超臨界流體。

CO₂也是Li-CO₂電池的正極活性物質。Li-CO₂電池是建立在鋰—空氣電池的基礎上提出的一種電池體系。在鋰-空氣電池的研究中，H₂O與CO₂相比大氣中的其他成分對該電池的影響很大。防水膜或疏水的離子液體電解質可以減少水的影響，而在放電過程中，CO₂的存在會生成副產物Li₂CO₃，Li₂CO₃又可以在充電過程中被進一步分解。由此可見，CO₂能在可充放的鋰電池中作為正極活性成分儲能，從而被利用起來。Li-CO₂電池能量密度高、原材料成本低廉且結構簡單，因而被認為是開發和利用可再生清潔能源的有力技術，在住宅能量存儲、電動汽車驅動和智能電網等領域具備良好的應用前景。此外，CO₂等溫室氣體的大量排放是全球變暖的主要原因，Li-CO₂電池放電時可將空氣中的CO₂還原固定，生成的碳材料可用作燃料和化工原料，在資源利用化上提供了新途徑。作為一個比較新的電池體系，目前Li-CO₂電池還面臨很多問題，其中，缺乏合適的電解質材料是限制其發展的重要因素。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種離子液體-超臨界二氧化碳混合電解質，所述電解質采用超臨界二氧化碳同時作為正極活性物質和電解質組成成分，增加了二氧化碳在整個電池中的傳質作用，且能有效地溶解電極上生成的難溶的放電產物Li₂CO₃，從而有效提高二次電池的可逆性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種離子液體-超臨界二氧化碳混合電解質，所述電解質由超臨界態二氧化碳、離子液體和鋰鹽組成。

優選的，所述鋰鹽為LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃、LiC(SO₂CF₃)₃和LiClO₄中的一種以上。