[发明专利]一种固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法。所述固态离子凝胶聚合物电解质的制备方法是通过将溶解有锂盐的离子液体与具有三维网络结构的有机/无机杂化材料混合浸润形成的固态的离子凝胶复合材料。该固态的离子凝胶复合材料在用作电解质时可以同时保证聚合物电解质的机械性能以及离子传输能力。本发明的固态离子凝胶聚合物电解质表现出较好的柔性和机械性能，具有较好的安全性能。该电解质与合适的正极进行配合使用时，使正极活性物质发挥出了较高的比容量，具有优异的应用前景。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

随着全球化石能源的日趋枯竭及环境污染问题日益严重，发展可再生能源及培育新能源产业已成为全球必然趋势。由于可再生能源具有不可控和不稳定性，需要配套使用安全可靠的储能系统，因此建立高效、清洁、经济、安全的电池体系迫在眉睫。而电解液作为电池中最重要的组成部分之一，对正负极的电化学反应和形貌及效率都有着至关重要的影响。而良好的电池电解质应当满足以下要求：1.电解质具有较高的电导率；2.具有良好的化学稳定性和热稳定性以及较宽的电化学窗口；3成本低，易于制备，绿色环保。

目前，常用的锂离子电池电解液普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质，虽然具有较高的离子电导率，但是也存在易燃易爆、易挥发、易泄露等安全隐患问题，导致电池的循环寿命、实际能量密度以及安全性等性能都不能满足要求。聚合物电解质因其具有高塑性、易成膜、安全性能好、工作温度区间广、使用循环寿命长等优点得到了广泛的研究。但是对于单一的凝胶聚合物电解质来说，虽然单一聚合物的有序堆叠可以使聚合物具有良好的结晶度和机械性能，但是同时在一定程度上也限制了聚合物的离子传输能力，降低了聚合物电解质的离子电导率。因此，高的离子电导率和良好的机械性能之间的矛盾便成了聚合物电解质面临的主要问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的液态电解液安全性差和聚合物电解质的离子传输能力弱的缺陷，而提供一种能够提高电池离子传输能力和安全性的固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种固态离子凝胶聚合物电解质，包括溶解有锂盐的离子液体和具有三维网络结构的有机/无机杂化材料；

所述的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种。

所述的离子液体为完全由阳离子和阴离子组成的、在-70～300℃呈液态，含有配位离子，不具有挥发性的“低温熔盐”。

所述的阳离子为咪唑类离子液体、吡咯烷类离子液体、哌啶类离子液体、吡啶类离子液体中的至少一种。所述咪唑类阳离子优选为PMIM⁺、EMIM⁺、 BMIM⁺中的至少一种；所述吡咯烷类阳离子优选为P₁₃⁺、P₁₄⁺中的至少一种；所述哌啶类阳离子优选为PP₁₃⁺、PP₁₄⁺中的至少一种；所述吡啶类阳离子优选为 C₄N⁺。

所述的阴离子为TFSI^-、BF₄^-、PF₆^-中的至少一种。

所述的三维网络结构的有机/无机杂化材料是在有机聚合物存在下，原位合成无机纳米网络而形成的纳米复合材料；

所述的有机聚合物为聚氧化乙烯、聚氧丙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯睛、聚乙烯醇中的至少一种。

所述的无机纳米网络是由无机纳米材料前驱体与有机酸发生溶胶-凝胶反应而形成的无机网络。