[发明专利]一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池，采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯为主要原料合成了耐氧化性更高的季铵类离子液体聚合物，并且，聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯为最终合成的离子液体聚合物提供了更好的柔顺性，避免出现分相和漏液的问题，最终制备的离子液体聚合物复合固态电解质的电导率较高，循环稳定性和安全性能较优。同时，得到的离子液体聚合物中，由于存在聚阳离子结构，可以捕获双三氟甲烷磺酰亚胺阴离子从而避免其在正负极之间迁移，有利于锂离子的传导，同时降低了界面发生副反应的可能性。因此，得到的离子液体复合电解质具有较宽的电化学窗口。

技术领域

本发明涉及电解质材料技术领域，尤其涉及一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其比能量高、无记忆效应、储电量大、体积小、循环寿命长等优点成为新型电池技术研究的热点。

动力锂离子电池基本上由正负极、隔膜和电解液等关键部分构成，主要朝着三个方面继续发展：一是满足高电压需求，从3V到5V；二是提高比能量和大倍率充放电性能，比如从手机电池到车用动力锂电池等，在大倍率充放电下的能量密度和功率密度需要提高；三是保证安全性，这是其应用的首要前提。

传统的液体电解质是由碳酸脂类有机溶剂和锂盐组成，存在着易燃、易挥发、易泄露，有毒性等问题，严重影响了电池体系的安全性能。与传统的液态电解质相比，离子液体具有较多优势：较高的耐氧化能力，不易燃，高热稳定性，低毒性，具有较高的锂盐溶解性。然而，离子液体仍旧未解决漏液问题。一些研究采用了将离子液体与聚合物复合的方式，制备带微孔的聚合物基底，用离子液体溶胀聚合物得到凝胶电解质，如公开号为CN106220888A的中国专利。也可在电解质中掺杂无机固体颗粒以优化电解质性能，如公开号为CN103682434A的中国专利。还有一些研究直接将离子液体聚合得到离子液体聚合物，在制备的离子液体聚合物中添加锂盐与离子液体得到固态电解质，如公开号为CN101409368A。

而对于离子液体聚合物复合电解质来说，目前用的较多的基底主要是聚氧乙烯类(PEO)、聚碳酸酯类、聚偏氟乙烯类(PVDF)和聚硅氧烷类等。这些聚合物基底与离子液体组合容易出现分相和漏液的问题，电化学性能和安全性能均较差。同时，现有的离子液体聚合物复合电解质大多是一些咪唑类聚离子液体或是吡啶类聚离子液体，电化学窗口较低。另外，很多电解质为了提高电导率需要加入过量的离子液体，使得到的电解质的成膜性较差，不利于实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池，本发明提供的离子液体聚合物复合固态电解质具有较高的电导率和较宽的电化学窗口，同时，循环稳定性和安全性能较优。

本发明提供了一种离子液体聚合物复合固态电解质的制备方法，包括：

A)将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和水混合，静置后得到分层溶液；

B)分离出所述分层液体的下层液体，将所述下层液体用去离子水洗涤，直至洗涤后的上清液中没有氯离子，得到备用离子液体；

C)将所述备用离子液体、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和第一溶剂混合，升温至60～70℃后，得到的混合物与过氧化苯甲酰混合，反应10～15h，得到离子液体聚合物；

D)将所述离子液体聚合物、无机填料、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和第二溶剂混合，干燥后得到离子液体聚合物复合固态电解质。

优选的，步骤A)中，所述混合具体为：

将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与水混合后，再加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

优选的，所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为1：1.1～1.5；