[發(fā)明專利]一種聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110432336.5
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113178618A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊富杰;何鈺怡;謝文菲;梁冠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院;廣東省礦產(chǎn)應(yīng)用研究所
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 45104
• 代理人: 唐漢穎

本發(fā)明公開一種聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)及其制備方法，所述的聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)包括聚離子液體和活性陶瓷，還包括鋰鹽混合物。本發(fā)明提供的聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)，通過在高離子電導(dǎo)率的活性陶瓷中加入具有動態(tài)離子網(wǎng)絡(luò)的聚離子液體賦予復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)異的力學(xué)性能，為開發(fā)高性能的固態(tài)鋰離子電池提供了新的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種聚離子液體復(fù)合電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池之一，具有比能量高、低溫性能好、壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。傳統(tǒng)的鋰離子電池采用易燃的液態(tài)有機(jī)電解液，使用過程中存在燃燒的高風(fēng)險，安全問題一直是限制鋰離子電池在動力電池、智能電網(wǎng)等大規(guī)模儲能領(lǐng)域應(yīng)用的重大瓶頸；另一方面，可加工性受到一定的限制，很難高電壓集成、薄膜化等。為了應(yīng)對這一問題，采用不易燃的聚離子液體復(fù)合電解質(zhì)作為鋰離子電池的隔膜是一種有效的手段。

活性陶瓷是一類本身具有離子傳導(dǎo)性能的固態(tài)電解質(zhì)材料。相比于無機(jī)惰性陶瓷材料，活性陶瓷具有較高的離子電導(dǎo)率和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點。目前，活性陶瓷包括有石榴石型的活性陶瓷(活性陶瓷)、LISICON型的鋰離子導(dǎo)體、NASICON型的磷酸鈦鋁鋰(LATP)及鈣鈦礦型的鋰鑭鈦氧化物。然而，對于鋰離子電池而言，活性陶瓷的離子電導(dǎo)率還依舊較低，并且電解質(zhì)膜的柔性不足，難以實用化。聚離子液體是指離子液體單體聚合生成的，在重復(fù)單元結(jié)構(gòu)上具有陰、陽離子基團(tuán)的一類離子聚合物，兼具離子液體的導(dǎo)離子性能和聚合物的機(jī)械性能。陶瓷和聚離子液體的結(jié)合為制備具有高離子導(dǎo)電性、良好機(jī)械性能、較高的鋰離子遷移率以及不易燃燒的性質(zhì)的電解質(zhì)提供了一條新的途徑，是一類新能源材料，易于薄膜化和高電壓集成，在安全動力電池和柔性可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域扮演著重要角色。

為了克服活性陶瓷基電解質(zhì)離子傳導(dǎo)效率不足和機(jī)械性能較差的難題，本發(fā)明提供了一種兼具高離子傳導(dǎo)特性和機(jī)械性能的聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合材料電解質(zhì)，利用高離子電導(dǎo)率和粘結(jié)性能的聚離子液體與活性陶瓷復(fù)合，可有效提升活性陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)效率，同時，由于聚離子液體具有的動態(tài)離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，賦予了復(fù)合電解質(zhì)優(yōu)異的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)及其制備方法，以提高電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性，并且賦予電解質(zhì)自修復(fù)性能和力學(xué)性能。提供一種方法簡單，快速的鋰離子/鋰電池用的聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明的上述目的，通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)，包括聚離子液體、活性陶瓷和鋰鹽混合物復(fù)配而成；所述的鋰鹽混合物包括增塑劑和鋰鹽。

優(yōu)選地，所述的聚離子液體是具有咪唑鎓離子液體和丙烯酸酯單元結(jié)構(gòu)的共聚物。

優(yōu)選地，所述的活性陶瓷為鋰鑭鋯氧或磷酸鈦鋁鋰。

優(yōu)選地，所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)、雙三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述的增塑劑為水、醇類、醚類、腈類、碳酸脂類溶劑、1-乙基-3-甲基-咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-丁基-N-甲基吡咯烷鎓雙(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了上述聚離子液體/活性陶瓷復(fù)合電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

S1：鋰鹽混合物的制備：將增塑劑和鋰鹽按一定比例于溶劑中混合，得到鋰鹽混合物；

S2：聚離子液體混合物的制備：將步驟S1所制得的鋰鹽混合物與聚離子液體按一定比例混合，攪拌形成聚離子液體混合物；