[發(fā)明專利]一種基于MCM-41分子篩固化離子液體的鋰電池固體電解質(zhì)及其制備方法

在審

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• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN111740154A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀鶴鳴;呂松年
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開了一種基于MCM?41分子篩固化離子液體的鋰電池固體電解質(zhì)及其制備方法，該固體電解質(zhì)由MCM?41分子篩、離子液體和鋰鹽組成。其制備方法包括以下步驟：1)鋰鹽、離子液體和MCM?41分子篩的干燥預(yù)處理；2)鋰鹽和離子液體的混合，得到鋰鹽?離子液體混合物；3)MCM?41分子篩和鋰鹽?離子液體混合物的混合，焙燒。本發(fā)明的固體電解質(zhì)以MCM?41分子篩為基體，將離子液體和鋰鹽填充固載在分子篩的孔道中，不僅可以大大抑制鋰枝晶的形成，而且還有利于鋰離子的遷移，具有較高的電導(dǎo)率和能量密度，且還可以提高固體電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MCM-41分子篩固化離子液體的鋰電池固體電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步和人口的增長，化石能源的消耗越來越大，儲量迅速減少，人們開始加大力度開發(fā)新型的、清潔的替代能源。電能是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、清潔、容易控制和轉(zhuǎn)換的能源形態(tài)，備受關(guān)注。目前，主要是通過電池來儲備電能，而在眾多種類的電池中，鋰離子電池的表現(xiàn)最好，其具有造價(jià)低廉、制造技術(shù)成熟、循環(huán)性能好、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此可充電鋰離子電池被廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品、運(yùn)輸車輛、航空航天、儲能設(shè)備等領(lǐng)域。

商品化的鋰離子電池中使用的電解質(zhì)大多是液體電解質(zhì)，而鋰離子電池在反復(fù)充放電過程中容易發(fā)生副反應(yīng)而形成鋰枝晶，鋰枝晶易刺破隔膜而導(dǎo)致電解液泄漏，最終引發(fā)安全問題。離子液體是由正離子和負(fù)離子組成的在室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的熔鹽體系，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和特有的功能，且大部分的室溫離子液體都具有非揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性、疏水性、寬的電化學(xué)窗口、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)。室溫離子液體常被用于制備離子液體電解液，其具有高的電導(dǎo)率，且可以提高電池的安全性能，但依然無法避免鋰枝晶的問題。

通過固體電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)，可以在很大程度上緩解鋰枝晶的問題，但傳統(tǒng)的固體電解質(zhì)(如陶瓷、聚合物或是陶瓷/聚合物等)普遍存在常溫下離子電導(dǎo)率偏低的問題，難以普及應(yīng)用。而將離子液體固載在有機(jī)聚合物基體或無機(jī)基體上，可以得到新型的固體電解質(zhì)，是近幾年來的研究熱點(diǎn)，但目前開發(fā)出的這類固體電解質(zhì)普遍存在明顯缺陷，例如：

CN 103545549A公開了一種鋰二次電池離子凝膠電解質(zhì)，其電導(dǎo)率可以達(dá)到10^-3S/cm，但該電解質(zhì)是凝膠態(tài)的，硬度強(qiáng)度不夠高，且采用的是有機(jī)修飾的TiO₂無機(jī)基體，高溫穩(wěn)定性差。

CN 106058312A公開了一種固態(tài)化離子液體電解質(zhì)，以環(huán)氧醚基修飾的二氧化硅作為基體，修飾后的材料內(nèi)部有C-O-C官能團(tuán)，有利于與鋰離子結(jié)合，可以促進(jìn)鋰離子的遷移，但該有機(jī)修飾的二氧化硅骨架中的官能團(tuán)對體系的電導(dǎo)率影響很大，所以得到的固體電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于MCM-41分子篩固化離子液體的鋰電池固體電解質(zhì)及其制備方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于MCM-41分子篩固化離子液體的鋰電池固體電解質(zhì)，由MCM-41分子篩、離子液體和鋰鹽組成。

優(yōu)選的，所述離子液體和鋰鹽的總質(zhì)量為MCM-41分子篩質(zhì)量的1～3.5倍。

優(yōu)選的，所述離子液體、鋰鹽的質(zhì)量比為(4～9)：1。

優(yōu)選的，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、 N-甲基,丙基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基,丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基,丙基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基,丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的至少一種。