[發明專利]一種無溶劑下原位光聚合的聚離子液體電解質

有效

• 申請號: 202010311225.4
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111490289B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 董陶;沙一凡;鄭鴻帥;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/42
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種無溶劑下原位光聚合的聚離子液體電解質。其特征在于將可聚合的功能化離子液體與聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)在UV光照下一步交聯聚合成一種新型功能化交聯聚離子液體電解質。該電解質在無溶劑的條件下進行，操作簡單，不易造成環境污染，并且表現出較高的離子電導率，與傳統聚合物電解質相比，這種聚離子液體電解質縮短了合成工藝流程，降低成本，提高了室溫下的離子電導率，為開發聚合物電解質提供一種新思路，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學鋰離子電池領域，涉及一種無溶劑下原位光聚合的聚離子液體電解質。

背景技術

鋰離子電池作為主要電源，由于其高能量密度，高輸出電壓，長壽命和環保操作而在便攜式設備市場中占據主導地位。在傳統的鋰離子電池中，采用有機液態電解液作為主體，但是存在著易燃易爆炸的安全隱患，而固態聚合物電解質以其優異的機械性能，良好的熱穩定性能及抑制鋰枝晶的生長等性能成為新一代可代替傳統的液態電解液的新型電解質。這種優異的性能使得其在新一代鋰離子電池當中有著良好的研究發展前景。

作為有研究前景的安全性的固態電解質，一些常規聚合物材料，包括聚(環氧乙烷)(PEO)、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(丙烯腈)(PAN)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)等聚合物或這些聚合物混合物已經被廣泛的研究。但由于PEO，PVDF，PVDF-HFP的結晶度較高導致離子電導率較低、PMMA的成膜性不佳導致性能較差，PAN的鋰離子傳導能力不佳導致充放電性能較差，這些因素導致其在鋰離子電池中應用受限，因此需要開發一種新型的聚合物電解質來應用于鋰離子電池當中。此外，幾乎所有的聚合物電解質都是通過使用溶劑進行制備的。然而，這種方法制造過程復雜，成本高和環境污染。因此，原位無溶劑聚合是制備聚合物電解質和在聚合物電解質和電極材料之間形成優良界面的有效且經濟的方法。

聚離子液體(PILs)兼具了離子液體的優點(例如，可設計性、可忽略的蒸氣壓、熱穩定性，高離子電導率和寬電化學窗口)和聚合物的一般性質，特別是成膜能力，并且還用于在各種領域，如CO₂的應用分離、離子導體、燃料電池和聚合物電解質。考慮到作為鋰離子電池的聚合物電解質的應用，PIL膜特別高的離子電導率的特殊性質引起了越來越多的關注。而作為一類新型的可設計型的功能材料，通過將不同的官能團引入陰離子/陽離子的方式，可以較好地調整其物理化學性質，使其在聚合物電解質當中有著更為良好的應用。

專利CN201810874493.X公開了一種四臂支化聚離子液體凝膠電解質隔膜及其制備方法，得到了一種四臂支化聚離子液體凝膠電解質隔膜，有著較好的電化學性能，其在60℃下也可較為穩定的循環，但其制備方法較為繁瑣且無法滿足室溫循環。本課題組之前的工作中，在專利CN201810343322.4公開了一種用于超級電容器的高電導率聚離子液體電解質，將所合成的聚離子液體聚(甲基丙烯酸甲酯-1-乙烯基-3-乙基-咪唑雙(三氟甲磺酰亞胺)與PVDF-HFP共混刮涂成聚合物電解質應用于超級電容器中，提升了超級電容器的循環性能。

本發明將功能化官能團醚鏈引入到離子液體單體以期降低粘度，改善單體性能室溫下的離子電導率，并與PEGDMA在無溶劑條件下一步光照交聯聚合成聚合物電解質，提高室溫下的離子電導率，簡化制備步驟，易于合成，為聚合物電解質的制備提供一種新方法，具有良好應用前景。

發明內容

本發明提出了一種無溶劑下原位光聚合的聚離子液體電解質，其特征在于所述聚離子液體單體陽離子含有醚基官能團及雙鍵，陰離子為雙三氟甲磺酰亞胺，離子液體含有醚基官能團可以降低室溫下的粘度，促進鋰離子的遷移，其結構式如下所示，其中a范圍為1-3，b范圍為1-3，m的范圍為0-3：