[发明专利]一种咪唑基星型聚合离子液体全固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种咪唑基星型聚合离子液体全固态电解质及其制备方法，其步骤为：a)用季戊四醇与2‑溴异丁酰溴反应制备四臂大分子引发剂，通过引发丙烯酸羟乙酯聚合得到四臂支化聚合物，再进行两步取代反应、引入咪唑基和离子交换得到咪唑基星型聚合离子液体；b)将上述咪唑基星型聚合离子液体与锂盐共混，通过溶液浇铸法制备得到星型聚合离子液体全固态电解质。该固态电解质室温电导率可以达到4.57×10^‑5 S cm^‑1，锂离子迁移数为0.31，电化学窗口达到4.8 V，具有较大应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种咪唑基星型聚合离子液体全固态电解质及其制备方法，属于固态储能技术领域。

背景技术

传统锂电池的电解质都采用了液态有机化合物，存在易泄露、易燃烧、易挥发等缺点。在一些特殊情况下，如：电池过充、高倍率和大电流充放电时，会出现电解液泄露甚至电池变形的情况，进而会造成短路、爆炸等安全问题。因此，研制安全性能较高的全固态电解质来代替液态电解质是从根本上解决锂离子电池安全问题的首选方法。固态电解质按组成可以分为两类：凝胶聚合物电解质和全固态聚合物电解质。凝胶聚合物电解质由于液态增塑剂的存在，还不能完全消除传统锂电池存在的分解、易燃等问题，故其应用仍存在安全问题。全固态电解质与前者相比，具有相对高的热稳定性、低可燃性，还可以实现超薄的聚合物隔膜加工，进而提高电池能量密度。尽管全固态电解质依然存在电导率较低、界面阻抗较大等不足，但通过各种修饰技术对其进行改性，是当前极为热门的研究方向。

中国发明专利CN110474089A公开了一种全固态电解质及其制备方法，将硅烷、聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚合成交联聚合物，再与锂盐和丙酮混合，得到固态聚合物浆料，再将其喷涂于准备好的正负极材料，组装即可制成全固态锂离子电池。该技术方案在电池的制作工艺上比较繁琐，仍然采用石墨作为负极材料，在电池能量密度的提升上存在局限。中国发明专利CN109608592A采用1-乙烯基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺为单体，溶于PEO和锂盐体系，再加入交联剂PEGDA和引发剂AIBN，制备了聚合离子液体固态电解质。采用离子液体结构能够有效促进固态电解质中的离子迁移，但全固态电解质中的离子电导率还需要进一步提升，以满足高性能电池需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种咪唑基星型聚合物离子液体全固态电解质及其制备方法，该全固态电解质具有电导率高和电化学窗口宽等特点，兼具一定的安全性，在锂电池领域具有较大应用潜力。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种咪唑基星型聚合离子液体全固态电解质，由锂盐、溶剂和咪唑基星型聚合离子液体I构成，其中，咪唑基星型聚合离子液体I的结构如下：

其中，R₁为以下结构：

PF₆^-,ClO₄^-中的一种，

优选

R₂为以下结构：

m为1～6，优选m＝1，2，3；

上述星型聚合离子液体的合成方法，包括如下步骤：

(1)在氮气气氛下，将季戊四醇、2-溴异丁酰溴和三乙胺发生酰化反应，制备四臂大分子引发剂I_b的步骤，

(2)将引发剂I_b、铜基催化剂、配体与丙烯酸羟乙酯单体在氮气条件下发生原子转移自由基聚合反应制备四臂支化聚合物I_c的步骤，