[发明专利]一种固态化复合电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂二次电池技术领域，具体涉及一种固态化复合电解质及其制备方法。该固态化复合电解质包括细菌纤维素、锂盐和离子液体；该复合电解质可用于电池中；该固态化复合电解质中细菌纤维素大分子链中存在着大量的羟基基团，可与阴离子TFSI^‑中的N^‑相互作用产生氢键，从而进一步促进锂盐的解离，有助于锂离子的迁移，提高电解质的离子电导率；本发明提供的固态化复合电解质同时具备液相电解质和固相电解质的优异性能，离子液体与细菌纤维素通过氢键相互作用可以形成结构稳定的固态化复合电解质，由于存在离子液体电解质，可较好的浸润电极材料，改善了固态电解质与电极材料间的界面相容性，降低了界面阻抗。

技术领域

本发明属于锂二次电池技术领域，具体涉及一种固态化复合电解质及其制备方法。

背景技术

随着新型储能设备的不断发展，锂二次电池作为新一代能量储存和转化的主要媒介，成为目前新能源发展中不可或缺的一份子。而电解质是电池极为重要的组成成分，在电池中起着传输离子的重要作用，对电池的使用性能有着重大影响。但是目前商业化的锂二次电池大都使用液态有机电解液，存在着易燃易爆、污染环境、使用条件受限等问题。固态电解质材料包含了两部分：一部分是具有活性的液态成分，主要负责离子的传导；另一部分是惰性的固体骨架，主要负责为液体成分的附着提供足够的比表面积及机械支撑。这种电解质在一定程度上解决了液态电解液存在的弊端，成为当前研究的热点。

但是，固态电解质材料的选择范围十分广泛，且合成方法各不相同，因此如何筛选并优化出最合适的材料成为目前应用于锂二次电池中的准固态化复合电解质所需解决的难点。

现有报道中，有许多固体骨架材料被应用于固态化复合电解质，例如一种以细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)作为基底混合Li₇La₃Zr₂O₁₂以及聚(环氧乙烷)(PEO)的复合电解质，该电解质的机械性能良好，但是电解质的制备方法繁琐，离子电导率较低，且其难以在较高温度环境下使用(Adv.Energy Mater.2018,1703474)。再如中国专利文献CN108232085A，公开了一种细菌纤维素膜及其制备方法，该细菌纤维素膜表面包覆有一层聚离子液体，其制备方法包括先将细菌纤维素膜置于聚离子液体水溶液中，浸渍，使细菌纤维素膜吸附聚离子液体，然后将膜放入沉淀剂中，浸渍后得到聚离子液体包覆的细菌纤维素膜，最后将其放入锂盐溶液中，浸渍，得到交换阴离子后的聚离子液体包覆细菌纤维素膜，经热压、干燥后得到聚离子液体包覆细菌纤维素膜；该专利制备的细菌纤维素膜作为电池中的隔膜使用具有热稳定性好的优点，但是该以细菌纤维素膜为基体的隔膜在制备过程中需要加入丙酮等具有毒性的沉淀剂，对人体有害，而且此制备步骤所需时间长且制备方法繁琐。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的固态化电解质物理化学性能差，难以同时兼具热稳定性和高离子导电率，制备方法复杂、耗时长、易引入杂质等缺陷，从而提供一种固态化复合电解质及其制备方法。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种固态化复合电解质，包括细菌纤维素、锂盐和离子液体；

所述离子液体为单体咪唑亚胺盐类和/或单体吡咯亚胺盐类。

所述细菌纤维素与离子液体电解质的质量比为1：(1.5-2.5)；

所述离子液体电解质包括离子液体和锂盐，其中，以所述离子液体1L计，所述锂盐的用量为0.2-1.2mol。

所述锂盐为双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、全氟乙烷磺酰亚胺锂和全氟甲烷磺酰甲基锂中的至少一种。