[发明专利]一种离子液体凝胶电解质、其制备方法和应用

说明书

本发明属于电解质材料领域，更具体地，涉及一种离子液体凝胶电解质、其制备方法和应用。该离子液体电解质包括电解质骨架和分散在该骨架中的增塑剂，其中：所述电解质骨架具有有机网络结构‑无机网络结构的双网络结构，所述双网络结构各自交联并相互穿透；所述增塑剂为溶剂化离子液体。该离子液体电解质为一种快速制备且兼具优异力学性能和电化学特性的有机‑无机双网络结构离子液体凝胶电解质。采用该电解质组装的LiFePO₄/Li电池，在进行300次充放电循环后，容量保持率为97％；组装的Li₄Ti₅O₁₂/Li电池，在进行160次充放电循环后，放电比容量高达170mAhg^‑1。

技术领域

本发明属于电解质材料领域，更具体地，涉及一种离子液体凝胶电解质、其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，由固态聚合物骨架和液体增塑剂(通常为锂离子电池所用电解液)构成的凝胶电解质在准固态锂电池领域展现出很好的使用前景。它不仅有效地杜绝了液态电解液泄露的风险，而且与固态电解质相比，它与电池正负极的界面问题不显著，室温下离子电导率也能满足电池正常工作的需求。

离子液体凝胶电解质与用普通电解液作为增塑剂的电解质相比，离子液体本身热稳定性高、可燃性低且具有较宽的电化学稳定窗口的特点都在合成的离子液体凝胶电解质上得到了体现。因此，离子液体凝胶电解质可以认为是一种同时兼具固态电解质和传统凝胶电解质优点的新型电解质在能量转换与存储，尤其是在高安全性锂离子电池的方向的应用逐渐引起了全世界的关注。

但是，当前所研究的离子液体凝胶电解质体系通常存在力学性能差、与正负极之间界面稳定性差等问题。比如骨架结构仅为无机SiO₂网络构成的离子液体凝胶电解质可操作性差、容易断裂，无法在锂电池中实际应用。采用向SiO₂网络中引入一定量的线性高分子聚偏氟乙烯-六氟丙烯，可以一定程度提升电解质的柔性，但是这个过程会用到大量的二甲基甲酰胺来溶解聚偏氟乙烯-六氟丙烯，不仅污染环境而且制备时间在2天以上。再比如，向SiO₂网络中引入另一种线性高分子材料聚偏氟乙烯-丙烯酸羟乙酯，制备过程同样产废多且耗时长，制备得到的离子液体凝胶电解质与电池正负极之间界面稳定性差，电池的性能无法满足实际应用需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种离子液体凝胶电解质、其制备方法和应用，其通过将各自交联且相互穿透的有机和无机双网络结构作为电解质的骨架，使用离子液体作为增塑剂，构成兼具优异力学性能和电化学特性的有机-无机双网络结构离子液体凝胶电解质，由此解决现有的离子液体凝胶电解质力学性能差、与正负极之间界面稳定性不佳的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种离子液体凝胶电解质，其包括电解质骨架和分散在该骨架中的增塑剂，其中：

所述电解质骨架包含由有机网络结构-无机网络结构构成的双网络结构，所述双网络结构各自交联并相互穿透；

所述增塑剂为溶剂化离子液体；所述溶剂化离子液体为锂盐与醚类有机溶剂的混合溶液。

优选地，所述的增塑剂、无机网络结构和有机网络结构的质量比为1：(0.01-0.03)：(0.1-0.3)。

优选地，所述无机网络结构是由无机氧化物构成的网络结构，有机网络结构为聚N,N-二甲基丙烯酰胺形成的网络结构。

优选地，所述无机氧化物为二氧化硅、二氧化锆或二氧化钛。

优选地，所述无机网络结构是由无机氧化物前驱体在催化作用下通过非水溶液溶胶-凝胶法制备得到；所述有机网络结构由单体N,N-二甲基丙烯酰胺在一定温度或紫外光条件下，通过引发剂作用原位聚合的方式得到。