CN117254100A - 一种含咪唑基聚离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含咪唑基聚离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法与应用，包括咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯和锂盐。本发明方案的咪唑基聚离子液体本发明方案通过分子设计的方式，对1‑乙烯基咪唑进行季铵化反应接枝，再通过一锅法，先引发单体聚合，然后进行离子交换，制备工艺简单，纯度和产率较高。本发明的固态聚合物电解质充分结合离子液体的高离子电导率和聚合物基体的自支撑性能，能够匹配锂金属电池的高压正极材料，提高固态锂电池的电化学性能和安全性。
Description
技术领域
本发明属于固态锂电池技术领域，具体涉及一种含咪唑基聚离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法与应用。
背景技术
锂电池由于具有能量密度高、循环寿命长和循环性能好等优点，得到了广泛的商业应用，但目前商用锂电池使用的是易燃易泄露的液态电解液，容易生成锂枝晶且难以匹配更高能量密度的正极材料和锂金属负极。全固态锂电池受到人们的广泛关注，固态聚合物电解质不仅可以传导锂离子，还能充当隔膜的作用。固态聚合物电解质可以通过分子设计手段，提高电解质的离子电导率、电化学稳定窗口和机械性能，能够更好地适配电极材料，满足下一代锂电池的需求。
固态聚合物电解质主要是由聚合物基体和锂盐组成，目前，传统固态聚合物电解质所遇到的瓶颈是室温离子电导率较低(10-6～10-8S/cm)，无法满足商业化需求(＞10-4S/cm)。针对聚合物电解质室温离子电导率低的问题，已有研究表明，加入增塑剂可以降低聚合物的结晶度，如离子液体1-乙烯基-3甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(ChemicalEngineering Journal,2019,375.)、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(Acs AppliedMaterials&Interfaces,2018,acsami.8b00083.)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐(Solid State Ionics,2011,201(1):73-80.)等，加入增塑剂可以降低聚合物的结晶度，提高离子电导率，但是在一定程度上导致电解质机械性能衰退。加入无机导电填料可以提高聚合物的室温离子电导率，如TiO2(Solid State Ionics,2013,249:93-97.)、SiO2(EnergyStorage Materials,2022,44:93-103.)，但是无机填料填充聚合物又会降低电解质的相容性和受热均匀性。
因此，目前研究的固态聚合物电解质未能综合提升全固态锂电池的室温离子电导率和机械性能，无法满足商业化的需求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种含有咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，既具有较高的离子电导率，又具有较高的机械性能。
本发明还提出上述电解质的制备方法。
本发明还提出上述电解质的应用。
根据本发明的一个方面，提出了一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，包括咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和锂盐，所述咪唑基聚离子液体结构式如(I)所示：
(I)
其中，X选自Br、TFSI、PF6或BF4中的至少一种，R选自乙基、丙基或正丁基中的至少一种，n＝10～100。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明方案通过分子设计的方式，充分利用聚离子液体优异的自支撑性能和电化学性能，并较好地发包挥离子液体优异的离子传导性，同时，通过加入聚偏氟乙烯-六氟丙烯与聚离子液体共混，增加了聚合物的无定形相，有效降低了聚合物的结晶度和玻璃化转变温度，进一步提高了固态聚合物电解质的离子电导率，在室温下具有较高的离子电导率，本发明方案的电解质既具有较高的离子电导率，又具有较高的机械性能。采用本发明方案的固态聚合物电解质具有较高的离子电导率(可达0.655*10-4S/cm)，同时还具有较宽的电化学稳定窗口，采用本发明方案的电解质制备的全固态锂电池，具有较高的能量密度和安全性。
在本发明的一些实施方式中，所述PVDF-HFP的分子量为400kDa～455kDa；优选为455kDa。
在本发明的一些实施方式中，所述咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和锂盐的质量比为3～6：3～6：1。
在本发明的一些实施方式中，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)或四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)。采用半径大、移动性弱的LiTFSI进行离子交换，制得的固态电解质离子电导率更高。
根据本发明的另一个方面，提出了上述固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备咪唑基聚离子液体：取1-乙烯基咪唑季铵化反应，制得引发聚合，再与碱金属盐进行离子交换反应，制得所述咪唑基聚离子液体；其中，所述A-为Br-，R为乙基、丙基或正丁基；
S2、取步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和锂盐共混，干燥，即得所述固态聚合物电解质。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：本发明方案通过分子设计的方式，对1-乙烯基咪唑进行季铵化反应接枝，再通过一锅法，先引发单体聚合，然后进行离子交换，制备工艺简单，纯度和产率较高。季铵化反应、聚合反应和离子交换反应制备了咪唑基聚离子液体，再通过将聚合物基体和锂盐共混制备出固态聚合物电解质，充分发挥了离子液体的高离子电导率和聚合物基体的自支撑力学性能。通过本发明方案的制备方法可自主选择接枝的烷基，进而对整体结构进行优化评估，灵活性更强，同时，先聚合再离子交换，聚离子液体产率更高；进一步地，本发明方案合成路线成本低廉，尤其适用于工业化大规模生产。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S1中的季铵化反应包括如下步骤：
向含1-乙烯基咪唑和阻聚剂的混合溶液，加入RA，反应生成
在本发明的一些实施方式中，所述RA为为1-溴乙烷、1-溴丙烷或1-溴丁烷中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述阻聚剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)。
在本发明的一些实施方式中，所述阻聚剂的添加量为1-乙烯基咪唑的0.05～0.15wt％。
在本发明的一些优选实施方式中，所述阻聚剂的添加量为1-乙烯基咪唑的0.1wt％。
在本发明的一些优选实施方式中，所述1-乙烯基咪唑和所述RA的摩尔比为1：1.2～1:2。
在本发明的一些实施方式中，所述季铵化反应在搅拌下进行。
在本发明的一些实施方式中，所述搅拌的温度为35～45℃；优选为40℃。
在本发明的一些实施方式中，所述搅拌的时间为24～48h。
在本发明的一些实施方式中，所述季铵化反应还包括提纯操作，具体为将反应后的溶液用乙酸乙酯萃取，收集下层液体干燥，得到目标产物。
在本发明的一些实施方式中，所述乙酸乙酯萃取的次数为3～5次。
在本发明的一些实施方式中，所述引发聚合具体包括如下步骤：
在保护气氛下，取溶解后，加入引发剂，反应后，即得n＝10～100。
在本发明的一些实施方式中，所述保护气氛为氮气或惰性气体。
在本发明一些实施方式中，所述引发剂选自2,2’-偶氮二异丁腈(AIBN)。
在本发明一些实施方式中，所述溶解所用的溶剂包括乙腈、无水乙醇、正己烷或二氯甲烷中的至少一种；优选为乙腈。
在本发明一些实施方式中，所述溶解在搅拌下进行；优选为在50～60℃下搅拌进行；更优选为在55℃下搅拌进行。
在本发明的一些实施方式中，加入引发剂后在60～70℃下进行反应；优选为在65℃下进行反应。
在本发明的一些实施方式中，加入引发剂后在搅拌下反应1～2h。
在本发明的一些实施方式中，所述引发剂的添加量为质量的0.5～1％。
在本发明的一些实施方式中，所述碱金属盐为双三氟甲基环酰亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸钠(NaBF4)和六氟磷酸钾(KPF6)。
在本发明一些实施方式中，所述离子交换反应中碱金属盐为LiTFSI，所述LiTFSI与与
在本发明一些实施方式中，所述离子交换反应是在室温下搅拌进行；优选地，所述离子交换反应的搅拌时间为24～48h。
在本发明一些实施方式中，所述离子交换反应后还包括真空烘干的步骤；优选地，真空烘干温度为60～80℃，时间为24～48h。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2包括：将步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和锂盐共混涂覆在聚四氟乙烯基板上，烘干，制得所述固态聚合物电解质。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2包括：将步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和锂盐溶解在有机溶剂中，倒入聚四氟乙烯基板中，真空下干燥，制得所述固态聚合物电解质。通过溶液浇铸法将聚合物基质、锂盐共混后涂覆在聚四氟乙烯基板上，烘干得到膜状固态聚合物电解质。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂的用量为咪唑基聚离子液体与聚偏氟乙烯-六氟丙烯质量之和的2～5倍。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2中的溶解在室温下进行。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2中的溶解在搅拌下进行；所述搅拌时间为20～28h；优选为24h。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2中真空下干燥的温度为70～90℃，烘干时间为24～48h；优选地，所述步骤S2中真空下干燥的温度为80℃。
根据本发明的再一个方面，提出了一种含有上述固态聚合物电解质的锂电池。
根据本发明的一种优选的实施方式的锂电池，至少具有以下有益效果：本发明所制备的咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质的电化学稳定窗口可达4.4V以上，能够匹配更高能量密度的正极材料和锂金属负极，应用在全固态锂金属电池中表现出良好的电化学稳定性，在可穿戴领域具有良好的应用前景。
在本发明一些实施方式中，所述锂电池还包括高压正极材料(如磷酸铁锂等)。本发明方案的固态聚合物电解质能够匹配锂金属电池的高压正极材料。
在本发明一些实施方式中，所述锂电池为锂金属电池。
根据本发明的再一个方面，提出了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括上述锂电池。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例1制得的P[VBIm]TFSI的FT-IR图；
图2为本发明实施例1制得的[VBIm]Br的HNMR图；
图3为本发明实施例1制得的[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的DSC图；
图4为本发明实施例1制得的[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的TGA图；
图5为本发明实施例1制得的[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的XRD图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。如无特别说明，同一参数各实施例相同。本发明所称“室温”是指10～40℃；优选为20～30℃，实施例中为25℃。
实施例1
本实施例制备了一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，具体过程为：
(1)在三口烧瓶内加入9mL1-乙烯基咪唑以及50mL乙腈作为反应溶剂，再通过恒压滴液漏斗逐滴滴加21.5mL1-溴丁烷，加入0.01gBHT作为阻聚剂，在N2保护下40℃回流搅拌24h。反应结束后，用200mL乙酸乙酯洗涤3次，最后取下层黄色粘稠液体在60℃下旋蒸除去残留的乙酸乙酯，得到产物[VBIm]Br(产率94.63％)。
(2)在三口烧瓶内加入5.0g[VBIm]Br以及50mL乙腈作为反应溶剂，再加入0.025gAIBN作为引发剂，在N2保护下65℃回流搅拌12h，溶剂逐渐挥发，生成白色粘稠胶状固体，得到产物P[VBIm]Br(产率95.25％)。
(3)取3.0gP[VBIm]Br溶解在100mL的去离子水中，再取4.5gLiTFSI溶解在100mL去离子水中得盐溶液，室温下将盐溶液逐滴滴加到聚离子液体溶液中，搅拌24h，最后用去离子水洗涤产物3次，70℃真空干燥24h，得到产物P[VBIm]TFSI(产率90.56％)。
(4)取0.3gP[VBIm]TFSI、0.6gPVDF-HFP(Mw 455kDa)、0.1gLiTFSI于透明玻璃瓶中，加入2mL DMF作为溶剂，室温下搅拌24h，得到电解质浆料，将其涂覆在聚四氟乙烯模具上，80℃真空干燥12h除去溶剂，得到膜状固态电解质。
实施例2
本实施例制备了一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，具体过程为：
(1)在三口烧瓶内加入9mL1-乙烯基咪唑以及50mL乙腈作为反应溶剂，再通过恒压滴液漏斗逐滴滴加13mL1-溴丁烷，加入0.01gBHT作为阻聚剂，在N2保护下40℃回流搅拌24h。反应结束后，用200mL乙酸乙酯洗涤3次，最后取下层黄色粘稠液体在60℃下旋蒸除去残留的乙酸乙酯，得到产物[VBIm]Br。
(2)在三口烧瓶内加入5.0g[VBIm]Br以及50mL乙腈作为反应溶剂，再加入0.025gAIBN作为引发剂，在N2保护下65℃回流搅拌12h，溶剂逐渐挥发，生成白色粘稠胶状固体，得到产物P[VBIm]Br。
(3)取3.0gP[VBIm]Br溶解在100mL的去离子水中，再取4.5gLiTFSI溶解在100mL去离子水中得盐溶液，室温下将盐溶液逐滴滴加到聚离子液体溶液中，搅拌24h，最后用去离子水洗涤产物3次，70℃真空干燥24h，得到产物P[VBIm]TFSI。
(4)取0.3gP[VBIm]TFSI、0.6gPVDF-HFP、0.1gLiTFSI于透明玻璃瓶中，加入2mLDMF作为溶剂，室温下搅拌24h，得到电解质浆料，将其涂覆在聚四氟乙烯模具上，80℃真空干燥12h除去溶剂，得到膜状固态电解质。
实施例3
本实施例制备了一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，具体过程为：
(1)在三口烧瓶内加入9mL1-乙烯基咪唑以及50mL乙腈作为反应溶剂，再通过恒压滴液漏斗逐滴滴加16mL1-溴丁烷，加入0.01gBHT作为阻聚剂，在N2保护下40℃回流搅拌24h。反应结束后，用200mL乙酸乙酯洗涤3次，最后取下层黄色粘稠液体在60℃下旋蒸除去残留的乙酸乙酯，得到产物[VBIm]Br。
(2)在三口烧瓶内加入5.0g[VBIm]Br以及50mL乙腈作为反应溶剂，再加入0.025gAIBN作为引发剂，在N2保护下65℃回流搅拌12h，溶剂逐渐挥发，生成白色粘稠胶状固体，得到产物P[VBIm]Br。
(3)取3.0gP[VBIm]Br溶解在100mL的去离子水中，再取4.5gLiTFSI溶解在100mL去离子水中得盐溶液，室温下将盐溶液逐滴滴加到聚离子液体溶液中，搅拌24h，最后用去离子水洗涤产物3次，70℃真空干燥24h，得到产物P[VBIm]TFSI。
(4)取0.3gP[VBIm]TFSI、0.6gPVDF-HFP、0.1gLiTFSI于透明玻璃瓶中，加入2mLDMF作为溶剂，室温下搅拌24h，得到电解质浆料，将其涂覆在聚四氟乙烯模具上，80℃真空干燥12h除去溶剂，得到膜状固态电解质。
实施例4
本实施例制备了一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，具体过程为：
(1)在三口烧瓶内加入9mL1-乙烯基咪唑以及50mL乙腈作为反应溶剂，再通过恒压滴液漏斗逐滴滴加21.5mL1-溴丁烷，加入0.01gBHT作为阻聚剂，在N2保护下40℃回流搅拌24h。反应结束后，用200mL乙酸乙酯洗涤3次，最后取下层黄色粘稠液体在60℃下旋蒸除去残留的乙酸乙酯，得到产物[VBIm]Br。
(2)在三口烧瓶内加入5.0g[VBIm]Br以及50mL乙腈作为反应溶剂，再加入0.025gAIBN作为引发剂，在N2保护下65℃回流搅拌12h，溶剂逐渐挥发，生成白色粘稠胶状固体，得到产物P[VBIm]Br。
(3)取3.0gP[VBIm]Br溶解在100mL的去离子水中，再取4.5gLiTFSI溶解在100mL去离子水中得盐溶液，室温下将盐溶液逐滴滴加到聚离子液体溶液中，搅拌24h，最后用去离子水洗涤产物3次，70℃真空干燥24h，得到产物P[VBIm]TFSI。
(4)取0.5gP[VBIm]TFSI、0.4gPVDF-HFP、0.1gLiTFSI于透明玻璃瓶中，加入2mLDMF作为溶剂，室温下搅拌24h，得到电解质浆料，将其涂覆在聚四氟乙烯模具上，80℃真空干燥12h除去溶剂，得到膜状固态电解质。
对比例1
本对比例制备了一种固态聚合物电解质，其与实施例1的区别在于：不包含聚离子液体。
试验例
本试验例测试了各实施例制备的聚离子液体的结构及电解质的电性能。其中：
1)结构测试
对步骤(1)制备的产物进行傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振(HNMR)表征，对步骤(2)和(3)制备的产物差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)和X射线衍射(XRD)图表征。
其中实施例1制得的产物的结构表征结果如图1～5所示，图1为上述步骤(1)制备的[VBIm]Br的FT-IR图，从图中可以看出，本发明成功合成了[VBIm]Br；图2为上述步骤(1)制备的[VBIm]Br的核磁共振HNMR图，从图中可以看出，本发明所制备的[VBIm]Br成功合成；图3为上述步骤(2)和步骤(3)制备的P[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的差示扫描量热法DSC图(上方曲线代表P[VBIm]TFSI，下方曲线代表P[VBIm]Br)，从图中可以看出，离子交换后的聚合物的玻璃化温度降低，可以提高锂离子电导率；图4为上述步骤(2)和步骤(3)制备的P[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的热重分析TGA图(上方曲线代表P[VBIm]TFSI，下方曲线代表P[VBIm]Br)，从图中可以看出，离子交换后的聚合物的热分解温度升高，表明聚离子液体的热稳定性提升；图5为上述步骤(2)和步骤(3)制备的P[VBIm]Br和P[VBIm]TFSI的X射线衍射XRD图(上方曲线代表P[VBIm]TFSI，下方曲线代表P[VBIm]Br)，从图中可以看出，离子交换后的聚合物的衍射峰强度降低，表明无定形相增加，从而提高锂离子的络合和解离，提高离子电导率。
实施例2～4制备的中间产物及终产物结构性质与实施例1类似，为避免冗余，不一一示出。
2)电性能测试：
实施例1所得固态聚合物电解质室温离子电导率为0.655×10-4S/cm，电化学稳定窗口为4.4V。实施例2～4制得的电解质的电性能与之相当。
对比例1所得固态聚合物电解质室温离子电导率为6.29×10-6S/cm，由此表明，加入本发明方案制得的聚离子液体可显著提升电解质的电导率。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，其特征在于：包括咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和锂盐，所述咪唑基聚离子液体结构式如(I)所示：
其中，X选自Br、TFSI、PF6或BF4中的至少一种，R选自乙基、丙基或正丁基中的至少一种，n＝10～100。
2.根据权利要求1所述的咪唑基聚离子液体固态聚合物电解质，其特征在于：所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯的重均分子量为400kDa～455kDa；优选为455kDa；优选地，所述咪唑基聚离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和锂盐的质量比为3～6：3～6：1；优选地，所述锂盐为LiTFSI、LiPF6、LiClO4或LiBF4中的至少一种。
3.根据权利要求1至2任一项所述的固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制备咪唑基聚离子液体：取1-乙烯基咪唑季铵化反应，制得引发聚合，再与碱金属盐进行离子交换反应，制得所述咪唑基聚离子液体；其中，所述A-为Br-，R为乙基、丙基或正丁基；
S2、取步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、PVDF-HFP和锂盐共混，干燥，即得所述固态聚合物电解质。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的季铵化反应包括如下步骤：
向含1-乙烯基咪唑和阻聚剂的混合溶液，加入RA，反应生成所述RA为1-溴乙烷、1-溴丙烷或1-溴丁烷中的至少一种；优选地，所述阻聚剂选自BHT；优选地，所述阻聚剂的添加量为1-乙烯基咪唑质量的0.05～0.15％；优选地，所述阻聚剂的添加量为1-乙烯基咪唑质量的0.1％；优选地，所述1-乙烯基咪唑和所述RA的摩尔比为1：1.2～1:2；优选地，所述季铵化反应在搅拌下进行；优选地，所述搅拌的温度为35～45℃；优选为40℃；优选地，所述搅拌的时间为24～48h；优选地，所述季铵化反应还包括提纯操作，具体为将反应后的溶液用乙酸乙酯萃取，收集下层液体干燥，得到目标产物；优选地，所述乙酸乙酯萃取的次数为3～5次。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述引发聚合具体包括如下步骤：
在保护气氛下，取溶解后，加入引发剂，反应后，即得
，
n＝10～100；优选地，所述保护气氛为氮气或惰性气体；优选地，所述引发剂选自AIBN；优选地，所述溶解所用的溶剂包括乙腈、无水乙醇、正己烷或二氯甲烷中的至少一种；优选地，所述/>溶解在搅拌下进行；优选为在50～60℃下搅拌进行；更优选为在55℃下搅拌进行；优选地，加入引发剂后在60～70℃下进行反应；优选为在65℃下进行反应；优选地，加入引发剂后在搅拌下反应1～2h；优选地，所述引发剂的添加量为质量的0.5～1％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述碱金属盐为LiTFSI、NaBF4和KPF6；优选地，所述离子交换反应中碱金属盐为LiTFSI，所述LiTFSI与
的质量比为1.2～1.5:1；优选地，所述离子交换反应是在室温下搅拌进行；优选地，所述离子交换反应的搅拌时间为24～48h；优选地，所述离子交换反应后还包括真空烘干的步骤；优选地，真空烘干温度为60～80℃，时间为24～48h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S2包括：将步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、PVDF-HFP和锂盐共混涂覆在聚四氟乙烯基板上，烘干，制得所述固态聚合物电解质；优选地，所述步骤S2包括：将步骤S1制得的咪唑基聚离子液体、PVDF-HFP和锂盐溶解在有机溶剂中，倒入聚四氟乙烯基板中，真空下干燥，制得所述固态聚合物电解质；优选地，所述有机溶剂选自DMF、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；优选地，所述有机溶剂的用量为咪唑基聚离子液体与聚偏氟乙烯-六氟丙烯质量之和的2～5倍；优选地，所述步骤S2中的溶解在室温下进行；优选地，所述步骤S2中的溶解在搅拌下进行；所述搅拌时间为20～28h；优选为24h；优选地，所述步骤S2中真空下干燥的温度为70～90℃，烘干时间为24～48h；优选地，所述步骤S2中真空下干燥的温度为80℃。
8.一种含有如权利要求1至2任一项所述的固态聚合物电解质的锂电池。
9.根据权利要求8所述的锂电池，其特征在于：所述锂电池还包括高压正极材料；优选地，所述锂电池为锂金属电池。
10.一种可穿戴设备，其特征在于：所述可穿戴设备包括如权利要求8或9所述的锂电池。
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