[发明专利]锂电池用乙烯基咪唑聚离子液体基固态聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物电解质领域，具体涉及一种锂电池用乙烯基咪唑聚离子液体基固态聚合物电解质膜及其制备方法。先将乙烯基咪唑与磺酸内酯在室温下反应，得到乙烯基咪唑两性离子液体；再将离子液体与双三氟甲烷磺酰亚胺锂混合于甲醇中，得到含有锂源的离子液体，真空干燥后，再按照比例将离子液体与甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯进行紫外光引发，得到乙烯基咪唑聚离子液体基固态聚合物电解质膜。本发明利用两性离子的独特优势以及醚氧结构的存在，实现了聚合物电解质膜0.78的锂离子迁移数和室温下0.11×10^‑4S·cm^‑1的离子电导率。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，涉及一种固态电解质膜，具体涉及一种锂电池用乙烯基咪唑聚离子液体基固态聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展、人们对能源的需求量变得越来越大，作为传统能源的化石能源，其不可再生性、使用后带来的环境危害等问题使得人们必须寻求新的能源。目前，新的能源主要包括太阳能、风能、潮汐能等。上述能源虽然可以替代不可再生的化石能源，但这些能源都存在着间歇性、地方性等特点，因此需要寻找合适的储能装置将这些能源储存起来，保证能源可以连续不断的使用。

在众多的储能装置中，电化学电池可以将化学能和电能进行相互转化实现能源的储存和输出。而在电池当中，可充电二次电池中的锂离子电池因高能量密度、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，被广泛的应用在储能设备中。锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜四部分组成。电解质作为电池四大核心之一，对电池的各项性能都有着至关重要的影响。而对于传统的电解质来说，一般以有机酯类有机溶剂为主，虽然拥有不错的性能，但其存在着易燃、泄露的风险，进而甚至可能引起电池正负极短路、电池发生爆炸等安全问题。因此需要寻找一种更合适的电解质替代传统的液态电解质。

与传统的电解液相比，通过聚合反应得到的聚合物电解质不仅可以充当电解质，还能够起到隔膜的作用将正负极隔开。有效的改善了有机电解液充当电解质时带来的安全问题。但对于传统的聚合物电解质来说，室温下电导率低、锂离子迁移数低等缺点，限制了其应用和发展。因此，如何提高聚合物电解质的离子电导率、锂离子迁移数是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于乙烯基咪唑聚离子液体的固态聚合物电解质膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：基于乙烯基咪唑聚离子液体的聚合物电解质膜，它的结构通式如下：

式中，X，Y表示两种结构的质量比，比值范围为3:1-1:3之间，n＝8。

本发明的另一目的是为了提供一种上述基于乙烯基咪唑聚离子液体的制备方法，其主要步骤如下：

(1)将乙烯基咪唑和磺酸内酯分别溶于有机溶剂中，混合均匀后，将磺酸内酯溶液经缓释滴入到乙烯基咪唑的溶液中，室温反应24h，经抽滤得到乙烯基两性离子液体，室温真空干燥24h。

其中，磺酸内酯为1,3-丙烷磺酸内酯或1,4-丁烷磺酸内酯；乙烯基咪唑与磺酸内酯的摩尔比为1:1。有机溶剂为丙酮。

(2)将步骤(1)产物与双三氟甲烷磺酰亚胺锂按比例溶于有机溶剂中，室温下搅拌24h，将有机溶剂旋干，进一步室温真空干燥24h，得到室温下具有一定粘性的含有锂源的离子液体。

其中，有机溶剂为无水甲醇；乙烯基两性离子液体与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为1:1。

(3)将步骤(2)得到的离子液体按照一定的比例，与甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、交联剂、光引发剂混合，混合均匀后，滴加到洗净的玻璃板上，将玻璃板置于紫外灯下照射20分钟，得到相应的固态聚合物电解质膜。

其中，离子液体与甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯的质量比为2:1-1:2。