[发明专利]一种锂二次电池离子凝胶电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池离子凝胶电解质及其制备方法，属于电解质材料技术领域。

背景技术

化石资源随着人类的开采逐渐减少，能源危机和环境污染是目前迫切需要解决的问题。锂二次电池具有比能量高、循环寿命长、无污染等特点，是理想的便携设备移动电源、电动汽车动力电源以及储能电站用储能电池。我国锂矿资源丰富，锂二次电池的应用是解决我国能源结构和环境问题的最佳途径。然而，市场上广泛使用的锂二次电池仍采用的是液态电解质体系，虽然液态电解质体系具有良好倍率性能和低温性能，但它是易燃易爆的有机物，给锂二次电池的使用带来了安全隐患，例如电池在封装不好的情况下会发生漏液，在滥用条件下会发生爆炸、燃烧等不安全行为。目前，解决电池安全性问题最经济有效的方法是使用不易燃烧的凝胶电解质取代液态电解质。传统的凝胶电解质是凝胶聚合物电解质，是由聚合物、锂盐和增塑剂组成的具有微孔结构的高分子网络，通过高分子链段和碳酸酯类增塑剂之间的相互作用来固定液态电解质，利用固定在微孔中的液态电解质实现离子传导，但其制备工艺复杂、制备成本高，制备过程中使用的聚合物、聚合物单体以及增塑剂具有可燃性，存在一定的安全隐患。

针对上述问题，确有必要寻找并合成一种兼具有优良电化学性能及安全性能的锂二次电池凝胶电解质。现有报道一种新型的介孔SiO₂网络骨架复合离子液体电解质，其在高温下与LiFePO₄电池匹配具有高的比容量和循环稳定性。但是，其在室温和低温下的离子电导率低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种锂二次电池离子凝胶电解质，所述电解质表现出高的离子电导率，宽的电化学稳定窗口，良好的热稳定性和化学稳定性，良好的成膜性能，易于加工成型。

本发明的目的之二在于提供一种锂二次电池离子凝胶电解质的制备方法，所述方法简单、原材料来源广泛、低耗节能、绿色环保，且易于实现大规模化生产。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种锂二次电池离子凝胶电解质，所述电解质由二氧化钛（TiO₂）多孔网络原位固定离子液体电解质构成，所述离子液体电解质由离子液体和锂盐组成，所述离子液体为室温下为液态的离子液体，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂。

其中，优选TiO₂多孔网络的孔径为纳米级。

优选TiO₂为无定形结构。

优选离子液体与TiO₂的摩尔质量比为1:10～15:10。

优选离子液体电解质中锂盐的含量为0.1～2.0mol/L。

优选所述离子液体为：1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐或N-甲基，丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或一种以上。

一种本发明所述的锂二次电池离子凝胶电解质的制备方法，所述方法为离子液体电解质辅助甲酸催化的溶胶-凝胶法，步骤如下：

将锂盐溶解于离子液体中形成离子液体电解质，然后向离子液体电解质中加入钛酸酯，搅拌均匀得到混合物1，随后将甲酸在搅拌下滴加到混合物1中，得混合物2，室温静置，反应生成凝胶，以上过程均在惰性气体或氮气保护下进行；然后将凝胶干燥，得到所述锂二次电池离子凝胶电解质；其中，钛酸酯与甲酸的摩尔质量比为1:4～1:8。

优选钛酸酯与甲酸的摩尔质量比为1:7.8。

优选钛酸酯为钛酸四乙酯或钛酸四丁酯中的一种或两种。

优选惰性气体为纯度≥99%的氮气或氩气。

优选将凝胶放置在60℃的真空干燥烘箱内干燥48h。

一种锂二次电池，所述电池使用的电解质为本发明所述的一种锂二次电池离子凝胶电解质。

有益效果

1.本发明提供了一种锂二次电池离子凝胶电解质，所述电解质具有优良的电化学性能，固体的粘聚性和液体的分散传导性：所述电解质为原位凝胶电解质，含有丰富的纳米孔道结构，具有强的离子液体电解质吸附能力，对离子液体电解质吸附容量大，具有高的离子电导率，在室温下循环寿命和可靠性性能良好；