[发明专利]一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用，多孔有机化合物电解质由骨架和电解质盐复合组成，骨架包括多孔有机化合物、位于多孔有机化合物上且能够将电解质盐的阴阳离子对进行拆分的阴离子。本发明提高了电解质盐中阳离子的自由程度，实现快的离子传导，使得电解质离子迁移数高。本发明为纯固态电解质，提高了电池的安全性能和电化学窗口。本发明的生产条件温和，无需昂贵的生产设备，操作过程简便，且可调控，重复性和稳定性好，易实现大规模批量制备。该材料离子电导性高，电化学窗口宽，热稳定性好，不仅适用于固态电解质，也适用于正极离子添加剂。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂电安全一直都是行业关心的问题。由于应用端及政策层面对能量密度的要求不断提升，三元电池成为主流技术路线的趋势已不可逆转。但时至今日，困扰三元电池的安全性仍然没有得到很好的解决，就连号称BMS做到全球最好的特斯拉，也是安全事故不断，三元电池的安全性仍然受到大家的质疑。随着新能源汽车的发展，高能量密度、高安全性电池成为市场的必争目标。利用固态电解质替代传统电解质是从本质上提升锂电池安全性的必由之路。全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。全固态锂离子电池的结构包括正极、电解质、负极，全部由固态材料组成。

全固态电池的核心组分就是固体电解质的制备，一个良好的固体电解质需要具备以下特征：（1）良好的离子电导率，通常是要大于或者等于10^-4 S/cm。（2）宽的电化学窗口。（3）与正负极之间低的界面阻抗。（4）良好的化学稳定性。一般说来，固体电解质可以分为无机电解质和聚合物电解质两种，其中无机电解质在室温下的离子电导率较高，但是其制备的条件苛刻且成本太高，而聚合物电解质具备良好的柔性以及易加工性，但是其缺点是室温离子电导率较低，一般在10^-7-10^-5S/cm范围之内。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子电导率高、电化学窗口宽的多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种多孔有机化合物电解质，所述的多孔有机化合物电解质由骨架和电解质盐复合组成，所述的骨架包括多孔有机化合物、位于所述的多孔有机化合物上且能够将所述的电解质盐的阴阳离子对进行拆分的阴离子。

优选地，位于所述的多孔有机化合物上的所述的阴离子与所述的电解质盐的阴离子相同。

优选地，所述的多孔有机化合物为能够通过弱相互作用于客体分子形成主客体包合物的有机化合物。

进一步优选地，所述的多孔有机化合物为笼状化合物、环状化合物、穴状化合物，以及其他具有特殊空腔结构的化合物中的一种或多种。例如：席夫碱多胺大环化合物中的任意一种或多种的组合。

优选地，所述的骨架通过将所述的多孔有机化合物用酸处理后，再与电解质盐进行离子交换制得。

优选地，所述的电解质盐可以为所有二次金属电池所使用的电解液中的电解质盐，例如锂盐、钠盐、镁盐、铝盐等中的一种或多种，优选为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO₄)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、六氟磷酸锂(LiPF₆)等其中的一种或者两种以上组合，但不限于此。

本发明在多孔有机化合物的结构上进行特殊设计使其具有拆分电解质盐的功能，进而使得多孔有机化合物电解质的离子电导率高、电化学窗口宽、离子迁移数高。

本发明的第二个方面是提供一种所述的多孔有机化合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

（1）将所述的多孔有机化合物溶解，然后加入酸溶液产生沉淀产物；