CN109037763A - 一种复合物及其在锂离子电池凝胶电解质领域的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种复合物及其在锂离子电池凝胶电解质领域的应用。本发明提供一种复合物，包括：离子液体聚合物、离子液体单体、电解质锂盐以及无机填料；离子液体聚合物由第一阳离子和第一阴离子组成，第一阳离子为聚吡咯烷基阳离子，第一阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。本发明还提供了一种上述复合物的应用。本发明中，复合物为凝胶电解质，安全性能高，不会发生偏析，应用到锂离子电池中，经充放电测试可得，电池首次充放电比容量高；解决现有技术中，商业锂离子电池的电解质存在的温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷。

Description

一种复合物及其在锂离子电池凝胶电解质领域的应用
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用。
背景技术
锂离子电池具有高工作电压、高比能量和比功率、自放电小、无记忆效应、循环稳定性好和绿色环保等优点，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车、储能电站等电池市场，并在逐渐占领储能电源市场的主导地位。随着电动汽车的快速发展及储能方面的需求，对锂离子电池的安全性和能量密度也提出了更高的要求。
目前,商业锂离子电池的电解液组分多为有机溶剂，这类电解液存在着温度耐受性差、易燃易爆以及安全性能低的缺点，在应用上具有一定的局限性。
因此，研发出一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，用于解决现有技术中，商业锂离子电池电解质存在的温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，用于解决现有技术中，商业锂离子电池电解质存在的温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷。
本发明提供了一种复合物，所述复合物包括：离子液体聚合物、离子液体单体、电解质锂盐以及无机填料；
所述离子液体聚合物由第一阳离子和第一阴离子组成，所述第一阳离子为聚吡咯烷基阳离子，所述第一阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。
优选地，所述电解质锂盐选自：LiBF4、LiPF6、LiTFSI以及LiFSI中的任意一种或多种。
优选地，所述无机填料选自：SBA-15、LiAlO2以及Al2O3中的任意一种或多种。
优选地，所述离子液体单体由第二阳离子和第二阴离子组成，所述第二阳离子为N-甲基-N-烷基吡咯烷，所述第二阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。
优选地，以质量份计，所述所述组合物包括：离子液体聚合物50％～95％、离子液体单体10％～50％、电解质锂盐20％～40％以及无机填料0.1％～10％。
优选地，所述第一阴离子为二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子。
优选地，所述第二阳离子为N-甲基-N-丁基吡咯烷。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的复合物在锂离子电池凝胶电解质领域的应用。
综上所述，本发明提供了一种复合物，所述复合物包括：离子液体聚合物、离子液体单体、电解质锂盐以及无机填料；所述离子液体聚合物由第一阳离子和第一阴离子组成，所述第一阳离子为聚吡咯烷基阳离子，所述第一阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。本发明还提供了一种上述复合物在锂离子电池凝胶电解质领域的应用。本发明提供的技术方案中，复合物为凝胶电解质，与现有商业电解质相比，安全性能高，不会发生偏析；同时，应用到锂离子电池中，经充放电实验测定可得，电池首次充放电比容量高。本发明提供的一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，解决了现有技术中，商业锂离子电池电解质存在的温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷。
具体实施方式
本发明提供了一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，用于解决现有技术中，商业锂离子电池电解质存在着温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种组合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，进行具体地描述。
实施例1
本实施例为利用上述复合物制备凝胶电解质1的具体实施例。
0.5g离子液体聚合物1与0.01g无机填料1，溶于8mL丙酮中，在玻璃板上涂膜，待溶剂挥发后，制得半透明多孔膜，将其切成直径为16mm的圆片后，即为多孔膜1。其中，离子液体聚合物1为聚吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺，无机填料1为SBA-15。
在手套箱中，将0.2g电解质锂盐离子1溶于液体单体1中，混合均匀后，即为离子液体电解液1。其中，电解质锂盐离子1为LiBF4，液体单体1为N-甲基-N-乙基吡咯烷四氟硼酸盐。
将所制得的多孔膜1放入手套箱中，使得多孔膜1浸入在离子液体电解液1中，浸润5小时后，得凝胶电解质1。
实施例2
本实施例为利用上述复合物制备凝胶电解质2的具体实施例。
0.5g离子液体聚合物2与0.025g无机填料2，溶于8mL丙酮中，在玻璃板上涂膜，待溶剂挥发后，制得半透明多孔膜，将其切成直径为16mm的圆片后，即为多孔膜2。其中，离子液体聚合物2为聚吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺，无机填料2为LiAlO2。
在手套箱中，将0.15g电解质锂盐离子2溶于液体单体2中，混合均匀后，即为离子液体电解液2。其中，电解质锂盐离子2为LiPF6，液体单体2为N-甲基-N-乙基吡咯烷六氟磷酸盐。
将所制得的多孔膜2放入手套箱中，使得多孔膜2浸入在离子液体电解液2中，浸润5小时后，得凝胶电解质2。
实施例3
本实施例为利用上述复合物制备凝胶电解质3的具体实施例。
0.5g离子液体聚合物3与0.025g无机填料3，溶于8mL丙酮中，在玻璃板上涂膜，待溶剂挥发后，制得半透明多孔膜，将其切成直径为16mm的圆片后，即为多孔膜3。其中，离子液体聚合物3为聚吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺，无机填料3为Al2O3。
在手套箱中，将0.2g电解质锂盐离子3溶于液体单体3中，混合均匀后，即为离子液体电解液3。其中，电解质锂盐离子3为LiTFSI，液体单体3为N-甲基-N-乙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺盐。
将所制得的多孔膜3放入手套箱中，使得多孔膜3浸入在离子液体电解液3中，浸润5小时后，得凝胶电解质3。
实施例4
测定实施例1～3制得的凝胶电解质1～3在不同温度下的电导率，测试方法如下：
在充满氩气的手套箱中，将电解质圆片组装成“不锈钢垫片/凝胶电解质/不锈钢垫片”类型的扣式电池，电池封装好后，拿出手套箱。
对其进行阻抗测试，测试频率为10-1～106Hz，测试温度为-5℃～90℃，间隔大约10℃采点测试。由阻抗测试得到凝胶电解质电阻，电导率通过公式1计算，测试结果如表1所示。
公式1：电导率＝膜的厚度/(膜的面积×电阻)
表1
从本实施例可以得出，本发明提供的技术方案制得的凝胶电解质，具有温度耐受范围宽、安全性好的优点。
实施例5
本实施例为用实施例1～3制得的凝胶电解质1～3组装电池，并对电池做充放电测试的具体实施例。
在充满氩气的手套箱中，分别将聚合物凝胶电解质膜和商业电极材料LiFePO4组装成“LiFePO4/凝胶电解质/Li”类型的扣式电池，电池封装好后，拿出手套箱。对其进行充放电测试，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.8V，使用0.1C的倍率进行充放电测试(1C＝170mAh·g-1)，测试结果见表2所示。
表2
从本实施例可以得出，本发明提供的技术方案制得的凝胶电解质应用在电池中，经充放电实验测定可得，电池首次充放电比容量高。
综上所述，本发明提供了一种复合物，所述复合物包括：离子液体聚合物、离子液体单体、电解质锂盐以及无机填料；所述离子液体聚合物由第一阳离子和第一阴离子组成，所述第一阳离子为聚吡咯烷基阳离子，所述第一阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。本发明还提供了一种上述复合物在锂离子电池凝胶电解质领域的应用。本发明提供的技术方案中，复合物为凝胶电解质，与现有商业电解质相比，安全性能高，不会发生偏析；同时，应用电池中，经充放电实验测定可得，电池首次充放电比容量高。本发明提供的一种复合物及其锂离子电池凝胶电解质领域的应用，解决了现有技术中，商业锂离子电池电解质存在的温度耐受性差以及安全性能低的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合物，其特征在于，所述组合物包括：离子液体聚合物、离子液体单体、电解质锂盐以及无机填料；
所述离子液体聚合物由第一阳离子和第一阴离子组成，所述第一阳离子为聚吡咯烷基阳离子，所述第一阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。
2.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述电解质锂盐选自：LiBF4、LiPF6、LiTFSI以及LiFSI中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述无机填料选自：SBA-15、LiAlO2以及Al2O3中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述离子液体单体由第二阳离子和第二阴离子组成，所述第二阳离子为N-甲基-N-烷基吡咯烷，所述第二阴离子选自：四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子以及二(氟代磺酰亚胺)阴离子中任意的一种。
5.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，以质量份计，所述组合物包括：离子液体聚合物50％～95％、离子液体单体10％～50％、电解质锂盐20％～40％以及无机填料0.1％～10％。
6.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述第一阴离子为二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子。
7.根据权利要求4所述的复合物，其特征在于，所述第二阳离子为N-甲基-N-丁基吡咯烷。
8.一种包括权利要求1至7任意一项所述的复合物在锂离子电池凝胶电解质领域的应用。
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