[发明专利]一种聚离子液体/活性陶瓷复合电解质及其制备方法

说明书

本发明公开一种聚离子液体/活性陶瓷复合电解质及其制备方法，所述的聚离子液体/活性陶瓷复合电解质包括聚离子液体和活性陶瓷，还包括锂盐混合物。本发明提供的聚离子液体/活性陶瓷复合电解质，通过在高离子电导率的活性陶瓷中加入具有动态离子网络的聚离子液体赋予复合固态电解质优异的力学性能，为开发高性能的固态锂离子电池提供了新的途径。

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种聚离子液体复合电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前应用最广泛的电池之一，具有比能量高、低温性能好、寿命长、无记忆效应等优点。传统的锂离子电池采用易燃的液态有机电解液，使用过程中存在燃烧的高风险，安全问题一直是限制锂离子电池在动力电池、智能电网等大规模储能领域应用的重大瓶颈；另一方面，可加工性受到一定的限制，很难高电压集成、薄膜化等。为了应对这一问题，采用不易燃的聚离子液体复合电解质作为锂离子电池的隔膜是一种有效的手段。

活性陶瓷是一类本身具有离子传导性能的固态电解质材料。相比于无机惰性陶瓷材料，活性陶瓷具有较高的离子电导率和优异的化学稳定性等优点。目前，活性陶瓷包括有石榴石型的活性陶瓷(活性陶瓷)、LISICON型的锂离子导体、NASICON型的磷酸钛铝锂(LATP)及钙钛矿型的锂镧钛氧化物。然而，对于锂离子电池而言，活性陶瓷的离子电导率还依旧较低，并且电解质膜的柔性不足，难以实用化。聚离子液体是指离子液体单体聚合生成的，在重复单元结构上具有阴、阳离子基团的一类离子聚合物，兼具离子液体的导离子性能和聚合物的机械性能。陶瓷和聚离子液体的结合为制备具有高离子导电性、良好机械性能、较高的锂离子迁移率以及不易燃烧的性质的电解质提供了一条新的途径，是一类新能源材料，易于薄膜化和高电压集成，在安全动力电池和柔性可穿戴电子设备领域扮演着重要角色。

为了克服活性陶瓷基电解质离子传导效率不足和机械性能较差的难题，本发明提供了一种兼具高离子传导特性和机械性能的聚离子液体/活性陶瓷复合材料电解质，利用高离子电导率和粘结性能的聚离子液体与活性陶瓷复合，可有效提升活性陶瓷固态电解质的离子传导效率，同时，由于聚离子液体具有的动态离子交联网络，赋予了复合电解质优异的力学性能。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种聚离子液体/活性陶瓷复合电解质及其制备方法，以提高电解质材料的离子电导率、化学稳定性，并且赋予电解质自修复性能和力学性能。提供一种方法简单，快速的锂离子/锂电池用的聚离子液体/活性陶瓷复合电解质的制备方法。

本发明的上述目的，通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种聚离子液体/活性陶瓷复合电解质，包括聚离子液体、活性陶瓷和锂盐混合物复配而成；所述的锂盐混合物包括增塑剂和锂盐。

优选地，所述的聚离子液体是具有咪唑鎓离子液体和丙烯酸酯单元结构的共聚物。

优选地，所述的活性陶瓷为锂镧锆氧或磷酸钛铝锂。

优选地，所述的锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或多种。

优选地，所述的增塑剂为水、醇类、醚类、腈类、碳酸脂类溶剂、1-乙基-3-甲基-咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、N-丁基-N-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺中的一种或多种。

本发明还提供了上述聚离子液体/活性陶瓷复合电解质的制备方法，包括以下步骤：

S1：锂盐混合物的制备：将增塑剂和锂盐按一定比例于溶剂中混合，得到锂盐混合物；

S2：聚离子液体混合物的制备：将步骤S1所制得的锂盐混合物与聚离子液体按一定比例混合，搅拌形成聚离子液体混合物；