CN114566698A - 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114566698A
CN114566698A CN202011361920.8A CN202011361920A CN114566698A CN 114566698 A CN114566698 A CN 114566698A CN 202011361920 A CN202011361920 A CN 202011361920A CN 114566698 A CN114566698 A CN 114566698A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic compound
porous organic
electrolyte
composite electrolyte
based composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011361920.8A
Other languages
English (en)
Inventor
李静
齐楫真
沈炎宾
陈立桅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN202011361920.8A priority Critical patent/CN114566698A/zh
Publication of CN114566698A publication Critical patent/CN114566698A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用，该复合电解质包括聚合物基体、电解质盐和多孔有机化合物，该多孔有机化合物包括带正电荷的多孔有机化合物骨架主体和位于多孔有机化合物骨架主体周围的阴离子客体。本发明提高了复合电解质中阳离子的自由程度，实现快的离子传导，使得电解质离子迁移数高。本发明为固态电解质，提高了电池的安全性能。本发明的生产条件温和，无需昂贵的生产设备，操作过程简便，且可调控，重复性和稳定性好，易实现大规模批量制备。该材料离子电导性高，热稳定性好。

Description

一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电化学领域，具体涉及一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用。
背景技术
锂电安全一直都是行业关心的问题。目前商用的锂离子电池由于存在有机电解液易燃、容易产生锂枝晶等问题，一旦电池发生短路其内部即刻放出大量的热，从而使有机电解液燃烧并引发严重的安全隐患。即使是目前的“明星”动力汽车特斯拉，仍在近几年发生十几起起火爆炸事故。此外，有机电解液还存在一些其它问题：电化学窗口偏窄，难与最新研发的高电压正极材料以及高比容量金属锂负极相匹配；锂离子并非唯一的载流子，当工作电流较大时，由于离子浓度梯度的出现会导致电池内阻升高、电池性能下降；工作温度有限(安全工作温度0～40℃)；易与负极材料发生反应生成固体-电解液界面持续消耗电解液和负极，造成电池容量持续降低。相比于液态电池，固态电池不使用易燃的有机电解液，可从根本上避免上述安全问题；另外，固态电池还具有更高的能量密度、功率密度、更宽的工作区间和更广泛的应用领域。
全固态电池的结构包括正极、电解质和负极，全部由固态材料组成。
固态电解质是固态电池最基本也是最关键的组成部分，一般来说，固态电解质可以分为无机电解质和聚合物电解质两种，其中，聚合物电解质中的复合电解质一般由聚合物电解质和第二相填料组成，这种复合体系中固态聚合物与第二相填料相结合可以很好地发挥各组分的优势，是未来最有希望得到广泛应用的体系。
多孔有机化合物是一类具有特殊孔洞结构、比表面积大的材料，被广泛应用于气体分离和催化领域，在固态电池领域鲜有研究报道。然而，将多孔有机化合物电解质作为固态电解质使用时，其电解质片材通常较厚、片材内部晶界阻抗较大、且片材与电极的界面阻抗大，这些均不利于它性能的发挥。因此将多孔有机化合物与聚合物电解质复合能够改善其加工性能以及一定程度上降低电解质/电极界面阻抗。
然而目前复合电解质中第二相粒子溶解性不佳或不具溶解性(如无机颗粒)，造成第二相粒子分散困难、甚至容易团聚，难以采用原位复合；且现有的第二相粒子也少有拆分电解质盐的能力，造成电解质的离子电导率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子电导率高的基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于多孔有机化合物的复合电解质，包括聚合物基体、电解质盐和多孔有机化合物，所述多孔有机化合物包括带正电荷的多孔有机化合物骨架主体和位于所述多孔有机化合物骨架主体周围的阴离子客体。
根据本发明的一些实施方面，位于所述的多孔有机化合物骨架主体上的所述的阴离子与所述的电解质盐的阴离子相同。
根据本发明的一些实施方面，所述多孔有机化合物为所述多孔有机化合物骨架主体能够通过弱相互作用与所述阴离子客体形成主客体包合物的有机化合物。
所述弱相互作用包括氢键作用、静电作用、π-π堆积、范德华力、亲疏水效应等。
进一步优选地，用于制备所述的多孔有机化合物的前驱物为笼状化合物、环状化合物、穴状化合物，以及其他具有特殊空腔结构的化合物中的一种或多种。例如：席夫碱多胺大环化合物、卟啉盒、葫芦脲、氧杂杯芳烃中的一种或几种的组合。该多孔有机化合物的前驱物通常不具有离子拆分能力。
根据本发明的一些实施方面，所述的具有离子拆分能力的多孔有机化合物通过将所述的多孔有机化合物的前驱物用酸处理后，再与电解质盐进行离子交换制得。
根据本发明的一些实施方面，所述的电解质盐可以为所有二次金属电池所使用的电解液中的电解质盐，例如锂盐、钠盐、镁盐、铝盐等中的一种或多种，优选为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟磷酸锂(LiPF6)等其中的一种或者两种以上组合，但不限于此。
根据本发明的一些实施方面，所述聚合物基体为聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯(PC)和中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
本发明在多孔有机化合物的结构上进行特殊设计使其具有良好的溶解性，可以直接溶解在聚合物电解质的前驱体溶液中，从而通过原位复合的方式实现第二相的均匀分散。此外，该多孔有机化合物还具有拆分电解质盐阴阳离子对的功能，与电解质盐复合后能形成相应的离子导体，从而提高了复合电解质中离子的自由程度，实现快的离子传导。
本发明的第二个方面是提供一种所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述的多孔有机化合物的前驱物溶解，然后加入酸溶液产生沉淀产物；
(2)将所述的沉淀产物用电解质盐溶液进行离子交换得到具有离子拆分能力的所述多孔有机化合物；
(3)将所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物、聚合物基体、电解质盐分散均匀，制得所述基于多孔有机化合物的复合电解质。
本发明中基于多孔有机化合物的复合电解质使用的具有离子拆分能力的多孔有机化合物的合成流程图可参考图1所示。
根据本发明的一些实施方面，步骤(1)中，用于溶解所述的多孔有机化合物的前驱物的溶剂可以是能够溶解所述的多孔有机化合物的前驱物的所有液体，优选为氯仿、水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺中的任意一种或多种。
根据本发明的一些实施方面，步骤(1)中，所述的酸溶液中的酸为盐酸和/或硫酸，所述的酸溶液中的溶剂为能够与溶解所述的多孔有机化合物的前驱物的溶剂互溶且不发生化学反应的溶剂中的一种或多种，优选为二氧六环。
根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，在进行所述的离子交换时，采用加热和/或搅拌的方式加快所述的离子交换的速度。
根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，在进行所述的离子交换时，多次更换所述的电解质盐溶液以保证离子交换的质量。
根据本发明的一些优选实施方面，进行所述的离子交换时更换2～4次所述的电解质盐溶液。
根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，所述的电解质盐溶液中的溶剂为能够溶解所述的电解质盐且不与所述的沉淀产物发生化学反应的溶剂中的一种或多种，优选为水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、正丁醇中的任意一种或多种。
根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，分别将所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物和聚合物电解质在溶剂中制成多孔有机化合物溶液和聚合物电解质溶液，然后将所述多孔有机化合物溶液和聚合物电解质溶液混合均匀，其中，所述聚合物电解质包括所述聚合物基体和电解质盐。优选地，所述多孔有机化合物溶液使用的溶剂和聚合物电解质溶液使用的溶剂互溶。
根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物溶液使用的溶剂可以是氯仿、水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺中的任意一种或两种以上的组合等可以溶解所述多孔有机化合物的所有液体，但并不限于此。
根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，所述聚合物电解质溶液使用的溶剂可以是水、乙醇、乙腈、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种以上的组合等，可以溶解所述的聚合物基体和电解质盐，但并不限于此。
根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物的质量浓度为1～40wt％，所述聚合物基体和电解质盐二者的总质量浓度为60～99wt％。
根据本发明的一些具体实施方面，所述聚合物基体与电解质盐的摩尔比为5～20:1。优选地，所述聚合物基体与电解质盐的摩尔比为6～9:1。
根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，采用搅拌方式混合，所述搅拌时间为1～72h，必要时搅拌过程中进行加热，所述加热温度为20～100℃。
根据本发明的一些实施方面，所述制备方法还包括对所述基于多孔有机化合物的复合电解质进行成膜的步骤。优选地，所述成膜的具体实施为：将所述基于多孔有机化合物的复合电解质溶液浇注在聚四氟乙烯模具中，除溶剂，干燥，获得复合电解质膜。
根据本发明的另一些实施方面，步骤(3)中，将具有离子拆分能力的多孔有机化合物、聚合物基体、电解质盐分别溶解在溶剂中混合均匀。使用的溶剂可以同时溶解多孔有机化合物、聚合物基体和电解质盐的所有液体。
本发明的第三个方面是提供一种所述的基于多孔有机化合物的复合电解质在固态电解质中的应用。
本发明的基于多孔有机化合物的复合电解质可以作为电池的固态电解质使用，与现有技术的电解液相比，其不含有机溶剂，固态电解质提高了电池的安全性能，且特殊的结构设计使得电解质离子迁移数高。
本发明的第四个方面是提供一种所述的基于多孔有机化合物的复合电解质在电化学器件中的应用。
优选地，所述的电化学器件包括全固态电池、电致变色器件或其他电化学器件。
进一步优选地，所述基于多孔有机化合物的复合电解质作为固态电解质，与以金属电极为正、负工作电极，组成三明治结构的固态电池，其结构如图2所示，其中，正极可以是常见锂离子电极、钠离子电极、镁离子电极、铝离子电极等，其中，锂离子电极包括磷酸铁锂电极、钴酸锂电极、石墨电极等。负极可以是锂电负极、钠电负电极、镁电负电极、铝电负电极等，其中，锂电负极包括金属锂、钛酸锂、石墨等。
根据本发明的一些实施例方面，制备所述固态电池时，所述基于多孔有机化合物的复合电解质溶液涂覆在所述正极表面形成复合电解质膜，然后与负极组装成所述固态电池并使所述复合电解质膜位于所述正极和负极之间，然后加热。
优选地，所述加热时间为1～48h，加热温度为20～150℃，使所述固态电解质部分熔融到正极中使正极内部也能进行离子传导。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明设计了一种新的基于多孔有机化合物的复合电解质，通过液相离子交换的方法，对多孔有机化合物的结构进行设计使其具有离子拆分功能，从而提高了复合电解质中阳离子的自由程度，实现快的离子传导。同时，该多孔有机化合物中的阳离子骨架可以与聚合物基体的阴离子基团络合从而阻止阴离子迁移，进而使得电解质离子迁移数高。此外，这种多孔有机化合物由于具有良好的溶解性，可以直接溶解在聚合物电解质的前驱体溶液中，从而通过原位复合的方式实现第二相的均匀分散，获得均匀的固态复合电解质，获得的电解质膜形貌均匀。
本发明为固态复合电解质，并且对多孔有机化合物进行了进一步的结构设计-离子交换和与聚合物电解质复合，不含有有机电解液，提高了电池的安全性能。
本发明为固态复合电解质的设计和制备提供了新方法、新思路，且生产条件温和，无需昂贵的生产设备，操作过程简便，且可调控，重复性和稳定性好，易实现大规模批量制备，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的多孔有机化合物RCC1-ClO4的制备过程图。
图2为本发明的固态电池的结构示意图。
图3为实施例2的基于多孔有机化合物的复合电解质膜的电镜形貌图。
图4和图5为实施例2的基于多孔有机化合物的复合电解质成膜后的宏观照片。
图6和图7为实施例3的电池的分别在70℃、不同面密度下的循环性能图。
图8为实施例5的电池的循环性能图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。本发明以下实施例中未注明的实验手段或测试手段，在没有特别说明时，均为本领域常规手段。
实施例1
将1g实验室制备的多胺大环多孔有机化合物RCC1粉末溶解于10mL的氯仿中。将3mL市售的4M盐酸/二氧六环溶液滴加到上述溶液中，获得白色沉淀RCC1-Cl，沉淀洗净后加入10mL 10％质量分数的高氯酸锂-乙醇溶液，加热搅拌。中间更换2次高氯酸锂-乙醇溶液，得到RCC1-ClO4。该多孔有机化合物RCC1-ClO4的具体制备过程如图1所示。
实施例2
将5mg实验室制备的RCC1-ClO4溶解于2mL的甲醇中得到溶液1。将聚环氧乙烷(PEO)和LiClO4以摩尔比8:1的比例溶解在乙腈中得到溶液2，其中PEO和LiClO4的总重量占10wt％。将溶液1和溶液2在玻璃瓶中通过磁力搅拌混合均匀(其中RCC1-ClO4的质量分数为5wt％，PEO/LiClO4的质量分数为95wt％)，12h后得到均匀混合的基于多孔有机化合物的复合电解质溶液。然后将混合好的溶液浇铸在聚四氟乙烯模具的小圆孔中，根据滴加不同的量可以控制电解质膜的厚度，将其在60℃抽真空烘干后继续在氩气手套箱中储存一周以除掉膜中残余的溶剂或者微量水，得到多孔有机化合物固态复合电解质膜。
该基于多孔有机化合物的复合电解质膜的SEM扫描电镜形貌如图3所示，从图中可以看出，该电解质膜的形貌均一，成分分布均匀，表面没有出现纳米颗粒的团聚。其成膜后宏观照片如图4和图5所示，该电解质膜具有良好的柔软性。
实施例3
将磷酸铁锂粉末：AB(乙炔黑)：PVDF按质量比为92:5:3分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到固态电池正极浆料。正极浆料涂布烘干后得到正极，然后将上述实施例2的基于多孔有机化合物的复合电解质溶液涂布在正极表面，烘干后与锂负极组装成固态电池，在70℃下加热熔融24h使部分电解质渗入正极内部进行离子传导。该固态电池在70℃下循环性能良好，电池的循环性能图如图6和7所示。
实施例4
将5mg实验室制备的无离子拆分能力的多孔有机化合物RCC1溶解于2mL的甲醇中得到溶液1。将聚环氧乙烷(PEO)和LiClO4以摩尔比8:1的比例溶解在乙腈中得到溶液2，其中PEO和LiClO4的总重量占10wt％。将溶液1和溶液2在玻璃瓶中通过磁力搅拌混合均匀(其中RCC1的质量分数为5wt％，PEO/LiClO4的质量分数为95wt％)，12h后得到均匀混合的基于多孔有机化合物的复合电解质溶液。然后将混合好的溶液浇铸在聚四氟乙烯模具的小圆孔中，根据滴加不同的量可以控制电解质膜的厚度，将其在60℃抽真空烘干后继续在氩气手套箱中储存一周以除掉膜中残余的溶剂或者微量水，得到多孔有机化合物固态复合电解质膜。
实施例5
将磷酸铁锂粉末：AB(乙炔黑)：PVDF按质量比为92:5:3分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到固态电池正极浆料。正极浆料涂布烘干后得到正极，然后将上述实施例4的基于多孔有机化合物的复合电解质溶液涂布在正极表面，烘干后与锂负极组装成固态电池，在70℃下加热熔融24h使部分电解质渗入正极内部进行离子传导。该固态电池在70℃下循环性能不如上述实施例3中的电池，本例的电池循环性能图如图8所示。
需要说明的是，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (19)

1.一种基于多孔有机化合物的复合电解质，包括聚合物基体、电解质盐和多孔有机化合物，其特征在于：所述多孔有机化合物包括带正电荷的多孔有机化合物骨架主体和位于所述多孔有机化合物骨架主体周围的阴离子客体。
2.根据权利要求1所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：位于所述多孔有机化合物骨架主体上的所述阴离子与所述电解质盐的阴离子相同。
3.根据权利要求1所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：所述多孔有机化合物为所述多孔有机化合物骨架主体能够通过弱相互作用与所述阴离子客体形成主客体包合物的有机化合物。
4.根据权利要求3所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：用于制备所述多孔有机化合物的前驱物为笼状化合物、环状化合物、穴状化合物，以及其他具有特殊空腔结构的化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：所述的多孔有机化合物通过将所述的多孔有机化合物的前驱物用酸处理后，再与电解质盐进行离子交换制得。
6.根据权利要求1所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：所述的电解质盐为锂盐、钠盐、镁盐、铝盐中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的基于多孔有机化合物的复合电解质，其特征在于：所述聚合物基体为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯中的一种或几种。
8.权利要求1~7中任一项权利要求所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述的多孔有机化合物的前驱物溶解，然后加入酸溶液产生沉淀产物；
（2）将所述的沉淀产物用电解质盐溶液进行离子交换得到具有离子拆分能力的所述多孔有机化合物；
（3）将所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物、聚合物基体、电解质盐分散均匀，制得所述基于多孔有机化合物的复合电解质。
9.根据权利要求8所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，分别将所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物和聚合物电解质在溶剂中制成多孔有机化合物溶液和聚合物电解质溶液，然后将所述多孔有机化合物溶液和聚合物电解质溶液混合均匀，且所述多孔有机化合物溶液使用的溶剂和聚合物电解质溶液使用的溶剂互溶，其中，所述聚合物电解质包括所述聚合物基体和电解质盐。
10.根据权利要求9所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述多孔有机化合物溶液使用的溶剂为氯仿、水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺中的一种或几种，所述聚合物电解质溶液使用的溶剂为水、乙醇、乙腈、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
11.根据权利要求8所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物的质量浓度为1~40 wt%，所述聚合物基体和电解质盐二者的总质量浓度为60~99 wt%。
12.根据权利要求8所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，将所述具有离子拆分能力的多孔有机化合物、聚合物基体、电解质盐分别溶解在溶剂中混合均匀。
13.根据权利要求8所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，采用搅拌，或/和加热方式混合，所述搅拌时间为1~72h，所述加热温度为20~100℃。
14.根据权利要求8所述的基于多孔有机化合物的复合电解质的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括对所述基于多孔有机化合物的复合电解质进行成膜的步骤。
15.一种如权利要求1~7中任一项权利要求所述的基于多孔有机化合物的复合电解质在固态电解质中的应用。
16.一种如权利要求1~7中任一项权利要求所述的基于多孔有机化合物的复合电解质在电化学器件中的应用。
17.根据权利要求16所述的应用，其特征在于：所述电化学器件包括固态电池、电致变色器件或其他电化学器件。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于：制备所述固态电池时，所述基于多孔有机化合物的复合电解质溶液涂覆在所述正极表面形成电解质膜，然后与负极组装成所述固态电池并使所述电解质膜位于所述正极和负极之间。
19.根据权利要求18所述的应用，其特征在于：所述加热时间为1~48h，加热温度为20~150℃。
CN202011361920.8A 2020-11-27 2020-11-27 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用 Pending CN114566698A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011361920.8A CN114566698A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011361920.8A CN114566698A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114566698A true CN114566698A (zh) 2022-05-31

Family

ID=81711959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011361920.8A Pending CN114566698A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114566698A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0447678A (ja) * 1990-06-13 1992-02-17 Sanyo Electric Co Ltd 固体電解質フィルムの製造方法
JPH10204172A (ja) * 1996-11-22 1998-08-04 Daiso Co Ltd 架橋高分子固体電解質及びその用途
JPH11154416A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Toyota Motor Corp 高分子固体電解質
JP2002175838A (ja) * 2000-12-08 2002-06-21 Nissan Motor Co Ltd イオン伝導体およびその製造方法並びにイオン伝導体を用いたポリマー電解質電池
US6806004B1 (en) * 1999-08-06 2004-10-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymeric solid electrolyte and lithium secondary cell using the same
JP2013155318A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Daiso Co Ltd 電解質組成物およびそれを用いた非水電解質二次電池
CN106654363A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 北京科技大学 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池
CN111180790A (zh) * 2020-01-03 2020-05-19 华中科技大学 一种聚合物电解质及其制备方法和固态锂-空气电池
CN111755735A (zh) * 2019-03-26 2020-10-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0447678A (ja) * 1990-06-13 1992-02-17 Sanyo Electric Co Ltd 固体電解質フィルムの製造方法
JPH10204172A (ja) * 1996-11-22 1998-08-04 Daiso Co Ltd 架橋高分子固体電解質及びその用途
JPH11154416A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Toyota Motor Corp 高分子固体電解質
US6806004B1 (en) * 1999-08-06 2004-10-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymeric solid electrolyte and lithium secondary cell using the same
JP2002175838A (ja) * 2000-12-08 2002-06-21 Nissan Motor Co Ltd イオン伝導体およびその製造方法並びにイオン伝導体を用いたポリマー電解質電池
JP2013155318A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Daiso Co Ltd 電解質組成物およびそれを用いた非水電解質二次電池
CN106654363A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 北京科技大学 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池
CN111755735A (zh) * 2019-03-26 2020-10-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用
CN111180790A (zh) * 2020-01-03 2020-05-19 华中科技大学 一种聚合物电解质及其制备方法和固态锂-空气电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LONG CHEN等: "Enhanced Interface Stability of Polymer Electrolytes Using Organic Cage-Type Cucurbit[6]uril for Lithium Metal Batteries", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》, vol. 164, no. 9, pages 1834 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cai et al. A review on energy chemistry of fast-charging anodes
Mauger et al. Tribute to Michel Armand: from rocking chair–Li-ion to solid-state lithium batteries
Wang et al. Polyethylene separators modified by ultrathin hybrid films enhancing lithium ion transport performance and Li-metal anode stability
CN108598560B (zh) 复合固体电解质及其制备方法和应用
CN104157909B (zh) 一种锂硫电池膜电极的制备方法
CN107251287B (zh) 有机锂电池
CN104466241B (zh) 一种可作为锂离子电池用新型固态电解质膜材料及其制备方法和应用
Jiang et al. MOFs containing solid‐state electrolytes for batteries
CN103682349A (zh) 一种免添加剂的磺酸化石墨烯/硫电极片及其制备方法和应用
Xiao et al. Preparation of Si/Ti mesoporous molecular sieve and its application in P (VDF-HFP)-based composite polymer electrolytes
CN106602129A (zh) 一种多离子电池及其制备方法
KR20070066453A (ko) 정극 활물질. 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬 이차 전지
Cao et al. Enhanced electrochemical performance of Li4Ti5O12 through in-situ coating 70Li2S-30P2S5 solid electrolyte for all-solid-state lithium batteries
Vauthier et al. High-performance pyrrolidinium-based poly (ionic liquid) binders for Li-ion and Li-air batteries
CN107978741B (zh) 一种锂硫电池用正极复合材料的制备方法
CN111755735B (zh) 一种多孔有机化合物电解质及其制备方法和应用
CN116470130A (zh) Nh2-氢键交联型准固态混合基锂离子电池及隔膜制备方法
CN108039483B (zh) 磷酸铁锂复合材料及制备方法
CN116454370A (zh) 复合固态电解质、其制备方法及锂金属电池
CN114566698A (zh) 一种基于多孔有机化合物的复合电解质及其制备方法和应用
CN114613944A (zh) 一种通过微波工艺制备固态电池电极的方法
CN115995598A (zh) 一种多功能钠电池电解液添加剂及其应用
CN112242553B (zh) 一种固态化复合电解质及其制备方法
CN109671927B (zh) 一种富锂锰基复合材料及其制备方法和应用
CN113371688A (zh) 一种新型氮化铁与多孔碳复合负极材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination