[發明專利]一種基于蒙脫土的鋰電池固態電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 201910225276.2
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109935894A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 賀鶴鳴;毛海添
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;宋靜娜

本發明提供了一種基于蒙脫土的鋰電池固態電解質及其制備方法，所述鋰電池固態電解質包括以下組分：離子液體、鋰鹽和蒙脫土，所述鋰電池固態電解質經配制加熱得到。本發明的鋰電池固態電解質是具備液態電解質優點又具備固態電解質優點的新型電解質，具有與正負極接觸好，離子電導率高達6×10^?4S/cm，因其界面的特點，能夠有效降低電極與固態電解質之間的界面阻力，有利于提高鋰離子運輸速度，能量密度高，成本低，工業化可行性高，同時具備不易燃不易爆的高安全性特征，本發明的基于蒙脫土的鋰電池固態電解質的制備方法簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于鋰電池領域，尤其涉及一種基于蒙脫土的鋰電池固態電解質及其制備方法。

背景技術

目前，商業化的鋰離子電池采用液體電解質，該電解質和電極材料在充放電過程中容易發生副反應，導致電池容量出現不可逆衰減，同時電池在長期服役過程中，有機液體電解質會出現揮發、干涸、泄露等現象，影響電池壽命，一旦電池損壞也容易出現漏液問題，也存在高溫環境下安全性低下的問題。由此，鋰電池再次成為研究的熱點，但其全固態電解質雖然安全，卻有著制備要求苛刻，設備能源要求高，離子電導率較低，成本高昂，界面阻力大等缺點，實現工業化可能性較低。

而在載體固態電解質方面，王子奇等人(Adv.Mater.2017,1704436)制備基于有機金屬框架的固態鋰電池電解質，使用[Li][TFSI]和[EMIM][TFSI]混合離子液體，具有良好的界面接觸能力，室溫離子遷移率高達3×10^-4S/cm；Alok Kumar Tripathi等人(J SolidState Electrochem.2017)基于MCM-41結構制備了鋰電池固態電解質，使用[Li][TFSI]和[EMIM][TFSI]混合離子液體，其室溫離子遷移率為3×10^-4S/cm，電池充放電循環性能穩定率超過85％。

由此可知，單純載體固態電解質的現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明的目的在于制備出一種新型的固態電解質，對其性能進行研究，并應用于鋰電池上，旨在解決當前鋰電池中全固態電解質成本高、界面阻力大等問題，以及液態電解質安全性低及極易燃、爆的問題，而提供一種基于蒙脫土的鋰電池固態電解質及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種基于蒙脫土的鋰電池固態電解質，所述鋰電池固態電解質包括以下組分：離子液體、鋰鹽和蒙脫土，所述鋰電池固態電解質經配制加熱得到。

鋰電池固態電解質中的離子液體是由有機陽離子和有機陰離子構成的，是一種能夠在室溫或室溫附近溫度下呈現液態狀態的鹽類，它是從傳統的高溫熔鹽演變而來的，但與一般的離子化合物有著非常不同的性質，最大的區別在于一般離子化合物只有在高溫狀態下才能變成液態，而離子液體在室溫下為液態，所述離子液體具有耐熱性高、不易燃、電化學穩定等優點，能夠顯著提高鋰電池固態電解質的離子電導率、能量密度、鋰離子運輸速度及安全性。

本發明的基于蒙脫土的鋰電池固態電解質，其狀態是介于液固之間的新型固態電解質，與正負極有很好的接觸能力，并且該電解質的室溫離子電導率高達6×10^-4S/cm，能量密度高，能提升鋰離子的運輸速度，同時，蒙脫土的成本極低，產量大，有利于工業化及商業化的進行。

優選地，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(EMIMNTf₂)、1-丁基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亞胺、1-丙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺中的一種。

上述例子液體用于作為蒙脫土的鋰電池固態電解質具有如下特點：(1)蒸氣壓極低；(2)耐熱性高，液態溫度范圍寬，最高溫度可達300℃；(3)不易燃；(4)化學穩定性好，是許多物質的良好溶劑；(5)電化學穩定窗口寬，分解電壓高達6V。