[发明专利]双中心阳离子离子液体聚合物、电解质及其锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种双中心阳离子离子液体聚合物、电解质及其锂二次电池。

背景技术

电解质是电化学器件中的重要组成部分。目前，锂二次电池的电解质主要由有 机溶剂与锂盐组成，而有机溶剂沸点低，闪点低，易燃易挥发，极大地影响锂二 次电池的安全性；同时，随着锂二次电池应用领域的扩大，电池的倍率容量和功 率密度也不断提高，有机电解质所带来的安全隐患也日趋突出。

离子液体具有基本不挥发、耐热性高、不易燃、电化学稳定性好等一系列优异 特性，将其与锂盐复合作为电解质应用于锂二次电池中，可以提高电池的安全性。 迄今为止，现有技术中的离子液体存在有单中心阳离子离子液体和双中心阳离子 离子液体。单中心阳离子离子液体例如有阳离子为单中心季铵离子，例如脂肪族 季铵离子(JP2001-272834)和芳香族杂环季铵离子(WO2005019185)等离子液 体已被广泛研究并应用于锂二次电池。然而，该类电解质在锂二次电池中依然是 液相存在，解决不了电池的漏液问题，难以确保电池的安全性和稳定性。另外， 作为双中心阳离子离子液体，存在有美国专利US2006/0025598A1所公开的一类 对称双中心阳离子离子液体，这类离子液体的双阳离子是完全相同的，在熔点较 低的情况下粘度较高，不利于作为电解液用于锂二次电池中。

而近几年来，又出现了由离子液体聚合物基体、单中心阳离子离子液体和锂盐 所组成的离子液体聚合物的电解质。

通过在离子液体结构中引入离子液体聚合物基体，不仅有较好的热稳定性、电 化学性能和机械性能，而且与离子液体之间的相容性好，在使用过程中不会发生 相分离，不易泄露。目前关于离子液体聚合物的研究和应用主要集中在单中心阳 离子聚合物方面，比如，咪唑类单中心阳离子聚合物(JournalofPowerSources 258(2014)150-154]、吡咯类单中心阳离子聚合物(JournalofPowerSources 195(2010)3668-3675)、胍类单中心阳离子聚合物(中国专利ZL 200910311369.3(CN101735542A)、季铵类单中心阳离子聚合物(Journalof MembraneScience447(2013)222–227和ElectrochimicaActa123(2014) 296-302)等单中心阳离子离子液体聚合物，下述了部分单中心阳离子离子液体聚 合物的结构图。在使用这些聚合物所构成的电解质中所使用的离子液体都是单中 心阳离子离子液体。但是这些单中心阳离子离子液体聚合物和单中心阳离子离子 液体所形成的电解质还存在机械强度较低，在60℃以上时电池虽能正常充放电， 但是在40℃温度以下时放电比容量非常低，远远低于能够正常充放电的程度，例 如对于Li/LiFePO4锂二次电池而言，其正常充放电时放电比容量不低于100～120 mAh/g，在40℃温度以下就不能够正常工作。而对于电解质而言，能保证锂离子 电池在更低的温度下，例如室温～40℃下能进行正常的充放电是至关重要的。

现有技术中的部分单中心阳离子离子液体聚合物基体结构图

发明内容

本发明的发明人针对上述现有技术所存在的缺陷，对双中心阳离子离子液体聚合 物等聚合物进行了深入研究，开发出本发明的双中心阳离子离子液体聚合物，以及使 用了该双中心阳离子离子液体聚合物的电解质和锂二次电池。

本发明的双中心阳离子离子液体聚合物是具有如下通式的双中心阳离子离子液 体聚合物：

其中m为0≤m≤1之间的正整数；n为0≤n≤4之间的正整数；z为2≤z≤6 之间的正整数；R₁为氢原子或C1-C10的直链脂肪族烷基；

A₁⁺为

其中R₂、R₃和R₄分别为氢原子或者C1-C10的直链脂肪族烷基；

A₂⁺为

其中R₅和R₆分别为C1-C10的直链脂肪族烷基；