[發明專利]一種離子液體凝膠電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110204781.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112968209A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張嘉恒;陳正件;胡常青;張世國;費玉清;孔晶;李慶東;胡佩元;王嘉慧;羅強;陳曉欣
• 申請（專利權）人: 珠海中科先進技術研究院有限公司;珠海漢格能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/058;H01M50/446;H01M10/052;H01M10/0525;H01M12/08;B82Y30/00;H01G11/06;H01G11/52;H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 尹凡華

本發明屬于電池材料領域，公開了一種離子液體凝膠電解質及其制備方法和應用。該離子液體凝膠電解質，包括以下組分：離子液體、聚合物、鋰鹽、無機納米粒子；離子液體的結構如式(1)或式(2)所示：R₁為含醚鍵的基團；R₂、R₃分別獨立地為烷基；n為2至20之間的任意整數。該離子液體凝膠電解質機械強度高，可提高電池的安全性，該離子液體凝膠電解質電導率高，鋰離子遷移數高。該離子液體凝膠電解質的制備方法簡單，有利于準固態電池的產業化。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，特別涉及一種離子液體凝膠電解質及其制備方法和應用。

背景技術

隨著各種電子產品和電動汽車的電池發展，以及新能源和智能電網的建設，儲能電池的重要性也愈發凸顯，并且已成為各個國家和各級政府重點發展產業。相比傳統的化石能源，水電、太陽能、地熱能、風能和生物質能等清潔能源具有可再生和環境友好等優勢。但由于太陽能和風能等都是間隙能源，必須先儲存起來，才能實現其平滑輸出。用電池來儲能，建立智能電網，是目前最有效的解決方案。有代表性的三種儲能電池技術是鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池。鈉硫電池由于工作溫度高(300-350℃)，液流電池由于外儲箱的存在，導致鈉硫電池、液流電池一般適合于大型儲能設備。除用于間隙能源的儲存外，儲能電池更為重要的應用領域是電動汽車和便攜式電子產品。盡管各類鋰離子電池已被廣泛的應用，其比能量已達到250Wh/kg，但仍然無法滿足現實所需，迫切需要新的替代品。因此，全固態鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池和燃料電池等高容量電池的研發備受關注，有望成為下一代動力或儲能電池。

全固態鋰離子電池采用固態電解質替代傳統有機液態電解液(含有機液態電解液的電池安全性較差)，有望從根本上解決電池由于液態電解液引起的安全性問題，并大幅提高電池的能量密度。全固態電池是電動汽車和規模化儲能理想的化學電源。但全固態電池中電極/電解質固固界面一直存在界面阻抗大、界面穩定性不良、界面應力變化等嚴重問題，直接影響電池的性能，其真正的產業化可能在2030年以后。

用聚合物凝膠電解質替代電解液被認為是解決上述問題的有效方案，可以降低液體電解液的漏液風險，簡化電池內部結構，提高能量密度。聚合物凝膠電解質主要由聚合物、塑化劑和鋰鹽幾部分組成。傳統聚合物凝膠電解質中的塑化劑主要是碳酸酯類溶劑，例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)等。這些有機溶劑的存在使得電池，尤其是在高溫條件下仍然有較高的風險。

因此，提供一種新的、不含易燃易揮發物質、且具有高電導率和高機械強度的凝膠電解質，降低準固態電解質與其他電池材料的界面電阻，提高電池的能量密度、充放電效率和安全性，是十分有必要的。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種離子液體凝膠電解質及其制備方法和應用，所述離子液體凝膠電解質不含易燃易揮發性物質，可提高電池的安全性，電導率高，有利于降低電池中的界面電阻，以及提高電池的充放電效率，進一步提高電池的能量密度。

本發明的發明構思：離子液體(Ionic Liquids)是一類完全由離子構成的，特殊的室溫有機熔融鹽，揮發性極低，也不可燃燒，安全環保。因此，利用離子液體代替傳統的電解液溶劑，構建凝膠電解質，可以從根本上提高電池的安全性。本發明所述離子液體指陰陽離子中心通過共價鍵連接，分子整體呈中性的一類離子液體化合物。由于整體呈中性，離子液體不會在電場中發生電遷移，作為塑化劑，不僅能提高鋰離子遷移數，還能促進鋰鹽的解離，提高鋰離子的摩爾電導率。無機納米粒子的加入可降低聚合物的玻璃轉化溫度和結晶性，并通過增加納米顆粒表面的無序度提高電解質的電導率。本發明以離子液體代替傳統的有機塑化劑，通過與聚合物、鋰鹽和無機納米粒子的優化組合，構建高性能的凝膠電解質。該凝膠既是電解質，用于準固態電池開發，可提高界面浸潤性，降低界面電阻，提高充放電效率；又是隔膜，可以簡化電池內部結構，提高能量密度。

本發明的第一方面提供一種離子液體凝膠電解質。