CN118099512A - 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用 - Google Patents

一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN118099512A
CN118099512A CN202410124810.1A CN202410124810A CN118099512A CN 118099512 A CN118099512 A CN 118099512A CN 202410124810 A CN202410124810 A CN 202410124810A CN 118099512 A CN118099512 A CN 118099512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
polymer electrolyte
poly
liquid
allyl
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
CN202410124810.1A
Other languages
English (en)
Inventor
金永成
常慧
殷其德
陈凡伟
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.)
Shandong Tianhan New Energy Technology Co ltd
Ocean University of China
Original Assignee
Shandong Tianhan New Energy Technology Co ltd
Ocean University of China
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 Shandong Tianhan New Energy Technology Co ltd, Ocean University of China filed Critical Shandong Tianhan New Energy Technology Co ltd
Priority to CN202410124810.1A priority Critical patent/CN118099512A/zh
Publication of CN118099512A publication Critical patent/CN118099512A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明提供了一种聚离子液体基聚合物电解质及其制备方法和应用。本发明采用离子液体共聚物、锂盐、溶剂和多孔支撑材料制备聚合物电解质。其中离子液体共聚物由两种具有相同阳离子和不同阴离子的离子液体单体通过自由基聚合制备而成。所得聚合物表现出刚柔并济的特点。与锂盐混合、优化后，其电解质膜的厚度为30‑60μm，室温离子电导率为1.06×10‑4 S/cm，电化学窗口大于4.5V(vs.Li+/Li)。该聚合物电解质可以与高镍三元正极材料构建稳定的正极‑电解质中间相（CEI），且能有效抑制负极锂枝晶的生长。将此聚合物电解质应用于高压固态锂金属电池，在高倍率下表现出较高的放电比容量且能长时间稳定工作。

Description

一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用
技术领域
本发明涉及锂金属电池用聚合物电解质领域，特别是一种聚离子液体基聚合物电解质膜的制备及其应用，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池，因其具有无记忆效应、能量密度高、循环寿命长等特点，在3C产品、电动汽车和规模化储能领域得到了广泛应用。与商用锂离子电池大多采用的有机电解液相比，固态电解质具有更高的热稳定性、较低的可燃性，因此具有更好安全性。此外固态电解质有望匹配金属锂负极和高电压高容量正极，实现更高的能量密度。因此，开发固态电解质，对高安全高能量密度锂金属电池的发展具有重要意义。
固态电解质主要分为无机固态电解质（如氧化物、硫化物、卤化物等）和聚合物电解质。相比无机固态电解质制备工艺复杂，界面相容性差等缺点，聚合物电解质具有制备工艺简单、柔韧性好、与锂金属相容性好和形状尺寸可调等优点，因而引起广大研究者的关注。聚离子液体是一类以离子液体单体为重复单元的聚合物，具有热稳定性好、不流动、不易燃和电化学稳定性高的优点，而且具有良好的可加工性、机械性能和安全性，是一种非常有前景的聚合物固体电解质材料。
专利CN107879977A公开了一种含锂盐、离子液体和离子液体聚合物的聚合物电解质，其中离子液体-聚离子液体复合物具有微液相结构，聚合物电解质表现出较高的离子电导率，匹配钴酸锂正极组装成固态锂金属电池，0.2C可稳定循环100次。专利CN111446497A将有机框架材料引入离子液体聚合物-锂盐固体电解质体系，制备的电解质不含液体组分，在80℃下离子电导率达到10-4S/cm以上。专利CN115249837A公开了一种改性聚离子液体基共聚固体电解质，室温离子电导率可达6×10-4S/cm，共聚物包含离子液体聚合物链段和含硅氧烷/硼氧烷的聚合物链段，离子液体的阳离子基团和硼能与锂盐阴离子通过静电作用从而抑制阴离子的迁移，使得聚合物电解质的锂离子迁移数大于0.5。以上方法虽然在一定程度上提升了聚离子液体基聚合物电解质的离子电导率和电化学稳定性，但难以同时得到显著改善。此外，上述改性的聚离子液体电解质难以匹配高镍三元正极材料。
因此，针对现有技术存在的问题，需要提供一种新的聚离子液体基聚合物电解质，在保证高离子传输能力的情况下，具有耐高电压的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚离子液体基聚合物电解质，采用聚离子液体、锂盐、多孔支撑材料以及溶剂制备聚合物电解质。该聚合物电解质厚度为30-60μm，室温离子电导率大于1×10-4S/cm，电化学窗口大于4.5 V(vs. Li+/Li)，与高压正极材料可形成稳定界面接触，且能有效抑制负极锂枝晶的生长。采用该聚合物电解质组装的固态锂金属电池在室温高倍率下能长期稳定工作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：选用聚离子液体、锂盐和有机溶剂配制成前驱体混合液，将上述前驱体混合液通过溶液浇铸法负载在多孔支撑材料上，然后进行烘干，制备聚合物电解质。
聚离子液体占电解质前驱体混合液的质量分数为14%-18%，锂盐占电解质前驱体混合液的质量分数为9%-30%，有机溶剂占电解质前驱体混合液的质量分数为56%-71%。
所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于：聚离子液体为聚1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐-共-聚1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（P(VEIM-PF6),PPF6）、聚1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐（P(VEIM-TFSI),PTFSI）、聚（1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐）-共-聚（1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐）(P(VEIM-PF6)x(VEIM-TFSI), CPIL_X，n是1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐和1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的摩尔比)、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐-共-聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐中的一种或组合。
所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，所述聚离子液体的制备包括以下步骤：将离子液体单体、引发剂溶于第一有机溶剂中，然后在氩气条件下，70℃下反应12小时，得到所述的聚离子液体；其中，所述离子液体单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（VEIM-PF6）、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(VEIM-TFSI)、1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐中的一种或组合，对于共聚物，两种离子液体单体的摩尔比n=0.5-2；引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）、偶氮二异丁酸二甲酯（AIBME）、偶氮二异庚腈（ABVN）、过氧化苯甲酰（BPO）中的任意一种。第一有机溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的任意一种或组合。
所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、草酸二氟硼酸锂的一种或组合。
所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，有机溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙腈、丙酮、三氯甲烷、二甲亚砜中的一种或组合。
所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，所述的多孔支撑材料为聚酰亚胺膜、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、纤维素无纺布、玻璃纤维无纺布、聚四氟乙烯无纺布中的一种或几种。
制备以上所述的聚离子液体基聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取相应量的聚离子液体溶解在有机溶剂后，加入锂盐，搅拌均匀配制成电解质前驱体混合液，用刮刀将上述混合液涂覆或浸入到多孔支撑材料中，在40-150℃下干燥4-36小时成膜。
本发明所制备的聚合物复合电解质在一定温度区间及各充放电工况下应用于固态锂金属电池，所述的温度区间为25-40℃，所述的充放电工况为0.1C-2C倍率下的充放电。
本发明的设计原理如下：选择两种具有相同阳离子不同阴离子的离子液体单体（阴离子分别为TFSI-和PF6 -），通过自由基聚合，制备了离子液体共聚物。阴离子不同导致聚合后的聚离子液体以及由该聚离子液体制备的聚合物电解质呈现不同的特点。由于TFSI-体积大具有较强的塑化作用，故阴离子部分由TFSI-构成的链段呈现柔性特性，且具有较高的介电常数和锂离子迁移能力，而含PF6 -的链段具有高的HOMO能级和抗氧化能力，呈现刚性。由离子液体共聚物为聚合物基体制备的聚离子液体基聚合物电解质表现出刚柔并济的特点且具有优异的电化学性能。在室温下具有较高的离子电导率和电化学稳定性，同时可与高压正极材料形成稳定界面接触，有效抑制负极锂枝晶的生长。将此聚合物电解质应用于高压固态锂金属电池，表现出较高的放电比容量和优异的循环性能。
本发明的优点及有益效果如下:
1. 本发明提出的制备离子液体共聚物的方法简单、易行。
2. 本发明提出的聚离子液体基聚合物在室温下具有较高的离子电导率和电化学稳定性4.5V(vs. Li+/Li)。
3. 本发明提出的聚离子液体基聚合物，用于固态锂金属电池可匹配高电压和高能量密度的正极材料，且可在一定温度区间（25℃-40℃）内运行且表现出较高的放电容量。
4. 本发明提出的方法制备的聚合物电解质，用于固态锂金属电池，在常温（25℃）下，可在1C倍率下稳定循环600次，具有较大的应用前景。
5. 本发明提出的方法制备的聚合物电解质，也可匹配磷酸铁锂等正极材料，且可稳定循环。
6. 本发明提出的聚合物复合电解质，成分简单，制备容易，可以实现大规模生产。
附图说明
图1为根据实施例2、对比例3和对比例4制备的聚合物电解质的电化学阻抗谱。
图2为根据实施例2、对比例3和对比例4制备的聚合物电解质的锂离子迁移数。
图3为根据实施例2、对比例3和对比例4制备的聚合物电解质的电化学稳定性图。
图4为根据实施例2、对比例3和对比例4制备的聚合物电解质的对称锂电池循环图。
图5为根据实施例3制备的固态电池在25℃下的充放电曲线图。
图6为根据实施例3、对比例5和对比例6固态电池在25℃时1C倍率下的循环性能图。
图7为根据实施例4制备的固态电池在25℃时0.5C倍率下的循环性能图。
图8为根据实施例3制备的固态电池在40℃下的充放电曲线图。
图9为根据实施例5制备的固态电池在25℃下的循环性能图。
具体实施方式
以下示例性地说明制备本发明聚合物复合电解质以及固态锂电池的各个步骤。
实施例1：
本实施例为离子液体共聚物的制备，过程如下：
将1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（VEIM-PF6）在氮气保护下溶解在三氯甲烷中，然后加入1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐（VEIM-TFSI），其中VEIM-PF6和VEIM-TFSI的摩尔比为2，待完全溶解后，加入偶氮二异丁腈，在氮气保护下70℃反应12小时，得到固体。将所得固体用甲醇洗涤，除去未反应的单体后，70℃真空干燥12小时，得到离子液体共聚物，记作CPIL。
实施例2：
本实施例为制备离子液体共聚物基电解质，过程如下：
将实施例1中得到的离子液体共聚物CPIL溶于DMF溶剂中，加入锂盐，室温搅拌12小时得到均匀溶液。其中CPIL占溶液中的质量分数为17.1%，LiTFSI质量占LiTFSI和CPIL总质量的50wt%。随后，将均匀溶液滴在聚酰亚胺膜上，用刮刀刮涂得到电解质湿膜，再置于真空干燥箱中80℃下干燥24小时，即可得到聚合物电解质膜，厚度为40-45μm。
实施例3：
本实施例为制备在一定温度区间（25-40℃）工作的高性能锂金属电池，过程如下：
将镍钴锰NCM811、聚偏氟乙烯及导电炭黑以质量比为8:1:1在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆在铝箔一侧，在60℃下真空干燥30分钟后，再升温至120℃，继续干燥10小时，得到正极，切成直径为12 mm的正极圆片备用。
正极采用上述正极圆片，负极采用锂片，将实施例2中的聚合物电解质夹在正极片和负极片之间组装入CR2032电池壳中，组装成纽扣电池进行测试。
实施例4：
本实施例为制备在一定温度区间（25-40℃）工作的高性能锂金属电池，过程如下：
将镍钴锰NCM9055、聚偏氟乙烯及导电炭黑以质量比为8:1:1在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆在铝箔一侧，在60℃下真空干燥30分钟后，再升温至120℃，继续干燥10小时，得到正极，切成直径为12 mm的正极圆片备用。
正极采用上述正极圆片，负极采用锂片，将实施例2中的聚合物电解质夹在正极片和负极片之间组装入CR2032电池壳中，组装成纽扣电池进行测试。
实施例5：
本实施例为制备在一定温度区间（25-40℃）工作的高性能锂金属电池，过程如下：
将磷酸铁锂、聚偏氟乙烯及导电炭黑以质量比为8:1:1在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆在铝箔一侧，在60℃下真空干燥30分钟后，再升温至120℃，继续干燥10小时，得到正极，切成直径为12 mm的正极圆片备用。
正极采用上述正极圆片，负极采用锂片，将实施例2中的聚合物电解质夹在正极片和负极片之间组装入CR2032电池壳中，组装成纽扣电池进行测试。
对比例1：
本对比例为聚离子液体的制备，过程如下：
将1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐（VEIM-TFSI）在氮气保护下溶解在三氯甲烷中，加入偶氮二异丁腈，在氮气保护下70℃反应12小时，得到固体。将所得固体用甲醇洗涤，除去未反应的单体后，70℃真空干燥12小时，得到聚离子液体，记作PTFSI。
对比例2：
本对比例为聚离子液体的制备，过程如下：
将1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（VEIM-PF6）在氮气保护下溶解在三氯甲烷中，加入偶氮二异丁腈，在氮气保护下70℃反应12小时，得到固体。将所得固体用甲醇洗涤，除去未反应的单体后，70℃真空干燥12小时，得到聚离子液体,记作PPF6。
对比例3：
本对比例为制备聚离子液体基电解质，过程如下：
将对比例1中得到的聚离子液体溶于DMF溶剂中，加入锂盐，室温搅拌12小时得到均匀溶液。其中PTFSI占溶液中的质量分数为17.1%，LiTFSI质量占LiTFSI和PTFSI总质量的50wt%。随后，将均匀溶液滴在聚酰亚胺膜上，用刮刀刮涂得到电解质湿膜，再置于真空干燥箱中80℃下干燥24小时，即可得到聚合物电解质膜，厚度为40-45μm。
对比例4：
本对比例为制备聚离子液体基电解质，过程如下：
将对比例2中得到的聚离子液体溶于DMF溶剂中，加入锂盐，室温搅拌12小时得到均匀溶液。其中PPF6占溶液中的质量分数为17.1%，LiTFSI质量占LiTFSI和PPF6总质量的50wt%。随后，将均匀溶液滴在聚酰亚胺膜上，用刮刀刮涂得到电解质湿膜，再置于真空干燥箱中80℃下干燥24小时，即可得到聚合物电解质膜，厚度为40-45μm。
对比例5：
本对比例为制备在常温（25℃）工作的高性能锂金属电池，过程如下：
将镍钴锰NCM811、聚偏氟乙烯及导电炭黑以质量比为8:1:1在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆在铝箔一侧，在60℃下真空干燥30分钟后，再升温至120℃，继续干燥10小时，得到正极，切成直径为12 mm的正极圆片备用。
正极采用上述正极圆片，负极采用锂片，将对比例3中的聚合物电解质夹在正极片和负极片之间组装入CR2032电池壳中，组装成纽扣电池进行测试。
对比例6:
本对比例为制备在一定温度区间（25-40℃）工作的高性能锂金属电池，过程如下:
将镍钴锰NCM811、聚偏氟乙烯及导电炭黑以质量比为8:1:1在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆在铝箔一侧，在60℃下真空干燥30分钟后，再升温至120℃，继续干燥10小时，得到正极，切成直径为12 mm的正极圆片备用。
正极采用上述正极圆片，负极采用锂片，将对比例4中的聚合物电解质夹在正极片和负极片之间组装入CR2032电池壳中，组装成纽扣电池进行测试。
以下为对各实施例和对比例制备样品的性能测试。
1. 离子电导率测试。
将实施例2、对比例3和对比例4制备得到的聚合物复合电解质膜用冲片机冲片得到直径为16 mm的圆片，测试得到实施例2电解质膜厚度为43μm。对实施例2的样品进行交流阻抗谱测试，具体测试方法如下：将样品夹在两个不锈钢片中间（直径为16 mm），用CR2032扣式电池壳具封装。测试频率范围为0.1 Hz-1 MHz，其在25-70℃下的阻抗图见图1。根据阻抗（R）、样品厚度（L）和电极面积（S），计算得到样品的离子电导率。实施例2在25℃和40℃具有较高的电导率，其离子电导率分别为1.06×10-4S/cm和2.07×10-4S/cm。
2. 锂离子迁移数测试。
将实施例2、对比例3和对比例4制备得到的聚合物复合电解质膜用冲片机冲片得到直径为16 mm的圆片，将电解质膜夹在两个锂片（锂片直径为15.6 mm）中间，用CR2032扣式电池壳具封装，进行恒电位直流极化测试，极化电压为10 mV，极化时间为1小时。极化前后均测试并记录对称电池的交流阻抗曲线。阻抗测试的频率范围为0.1 Hz-1 M Hz，偏幅电压5 mV。通过恒电位直流极化测试得到的初始电流和稳定电流及极化前后的阻抗，计算得到锂离子迁移数，测试结构见图2。实施例2在25℃时的锂离子迁移数为0.22，这一数值和文献中报道的关于聚离子液体基电解质锂离子迁移数数值相近。
3. 电化稳定性测试。
聚合物复合电解质膜的氧化电位通过线性电位扫描法测试。采用不锈钢片作为工作电极，金属锂作为对电极和参比电极，将聚合物膜夹在工作电极和对电极之间，线性扫描的测试范围为2-5.5 V。图3为本发明实施例2、对比例3和对比例4聚合物电解质的电化学稳定性图，二者对比发现，相较于对比例3，实施例2的氧化电位提高到4.5 V。
4.聚合物电解质的对称锂电池循环图。
图4为本发明实施例2、对比例3和对比例4聚合物电解质的对称锂电池循环图，电流密度为0.05 mA cm-2。由对比例3组装的锂对称电池的过电位随时间慢慢增大。而由实施例2组装的锂对称电池的过电位随时间变化不大，说明聚离子液体基聚合物电解质可以在锂金属负极侧构筑稳定SEI界面层，在一定程度上降低了锂金属的反应活性，从而确保了锂负极上均匀稳定的溶解/沉积过程。
5.充放电测试。
将本发明实施例3制备得到的锂金属电池在25 ℃下进行测试。充电截止电压为4.3 V，放电截止电压为2.7 V。充放电电流设置为0.1-2C。图5为该电池的充放电曲线图。由图可知，该电池在0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C下的放电比容量分别为189 mAh g-1、188 mAh g-1、179 mAh g-1、172 mAh g-1和162 mAh g-1。由此，此固态锂金属电池具有优异的倍率性能。
将本发明实施例3、对比例5和对比例6制备得到的锂金属电池在25 ℃下进行测试。充电截止电压为4.3 V，放电截止电压为2.7 V，充放电电流设置为1C。图6为电池的循环曲线图。由图可知，由单组分离子液体组成的聚合物电解质的电池在1C下随着循环次数的增加，容量迅速衰减。而由离子液体共聚物为聚合物基体制备的聚离子液体基聚合物电解质，在1C下初始放电容量为159.3 mAh g-1，稳定循环600次后，放电容量为112.8 mAh g-1，容量保持率为70.8%，说明本发明的聚合物电解质能够适合应用于匹配高电压的三元正极材料，且可在高倍率下稳定循环。
将本发明实施例4制备得到的锂金属电池在25 ℃下进行测试。充电截止电压为4.3 V，放电截止电压为2.7 V。充放电电流设置为0.5C。图7为电池的循环曲线图。由图可知，该电池稳定循环465次后，放电容量为119.7 mAh g-1。由此，本发明的聚合物电解质可匹配镍含量为90%的三元正极材料，且可稳定循环，实现更高的能量密度。
将本发明实施例3制备得到的锂金属电池在40 ℃下进行测试。充电截止电压为4.3 V，放电截止电压为2.7 V。由图8可知，该电池在0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C下的放电比容量分别为172.2 mAh g-1、155 mAh g-1、138 mAh g-1、125 mAh g-1和107 mAh g-1。由此，此固态锂金属电池可在较高温度条件下运行。
将本发明实施例5制备得到的锂金属电池在25 ℃下进行测试。充电截止电压为4.0 V，放电截止电压为2.5 V。充放电电流设置为0.5C。图9为该电池的循环性能图。由图可知，该电池循环800次后，放电比容量仍高达为161.4 mAh g-1，容量保持率为89.6%。由此，本发明的聚合物电解质可匹配多种正极材料长时间稳定工作。
以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，上述实施例是示例性质的，不能理解为对本发明的限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干的改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，选用聚离子液体基聚合物、锂盐和有机溶剂配制成前驱体混合液，将上述前驱体混合液通过溶液浇铸法负载在多孔支撑材料上，然后进行烘干，制备聚合物电解质膜。
2.聚离子液体占电解质前驱体混合液的质量分数为14%-18%，锂盐占电解质前驱体混合液的质量分数为9%-30%，有机溶剂占电解质前驱体混合液的质量分数为56%-71%。
3.按照权利要求1所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于：聚离子液体为聚1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐-共-聚1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（P(VEIM-PF6),PPF6）、聚1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐（P(VEIM-TFSI),PTFSI）、聚（1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐）-共-聚（1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐）(P(VEIM-PF6)(VEIM-TFSI)y, CPIL_X，n是1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐和1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的摩尔比)、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐-共-聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐中的一种或组合。
4.按照权利要求2所述的聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，所述聚离子液体的制备包括以下步骤：将离子液体单体、引发剂溶于第一有机溶剂中，然后在氩气条件下，70℃下反应12小时，得到所述的聚离子液体。其中，所述离子液体单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（VEIM-PF6）、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(VEIM-TFSI)、1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、聚1-烯丙基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐中的一种或组合，对于共聚物，两种离子液体单体的摩尔比n=0.5-2；所述引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）、偶氮二异丁酸二甲酯（AIBME）、偶氮二异庚腈（ABVN）、过氧化苯甲酰（BPO）中的任意一种。第一有机溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的任意一种或组合。
5.按照权利要求1所述的一种聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，所述的锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、草酸二氟硼酸锂的一种或组合。
6.按照权利要求1所述的聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，有机溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙腈、丙酮、三氯甲烷、二甲亚砜中的一种或组合。
7.按照权利要求1所述的聚离子液体基聚合物电解质，其特征在于，所述的多孔支撑材料为聚酰亚胺膜、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、纤维素无纺布、玻璃纤维无纺布、聚四氟乙烯无纺布中的一种或几种。
8.按照权利要求1-6任一项所述的一种聚离子液体基聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取相应量的聚离子液体溶解在有机溶剂后，加入锂盐，搅拌均匀配制成电解质前驱体混合液，用刮刀将上述混合液涂覆或浸入到多孔支撑材料中，在40-150℃下干燥4-36小时成膜。
9.一种如权利要求1-7所述的方法制得聚离子液体基聚合物电解质。
10.根据权利要求8所述的聚离子液体基聚合物电解质在固态锂金属电池中的应用，其特征在于：将所述的聚合物复合电解质在一定温度区间及各充放电工况下应用于固态锂金属电池，所述的温度区间为25-40℃，所述的充放电工况为0.1C-2C倍率下的充放电。
CN202410124810.1A 2024-01-30 2024-01-30 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用 Pending CN118099512A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410124810.1A CN118099512A (zh) 2024-01-30 2024-01-30 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410124810.1A CN118099512A (zh) 2024-01-30 2024-01-30 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118099512A true CN118099512A (zh) 2024-05-28

Family

ID=91149881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410124810.1A Pending CN118099512A (zh) 2024-01-30 2024-01-30 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118099512A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2507438C (en) Composite polymer electrolyte composition
CA2662423C (en) Polymer electrolyte comprising a ketonic carbonyl group and electrochemical device comprising said electrolyte
CN111786018B (zh) 一种高压聚合物电解质、高压聚合物锂金属电池及此电池的制备方法
Dong et al. A rigid-flexible coupling poly (vinylene carbonate) based cross-linked network: A versatile polymer platform for solid-state polymer lithium batteries
Tong et al. Deformable and flexible electrospun nanofiber-supported cross-linked gel polymer electrolyte membranes for high safety lithium-ion batteries
CN109888369B (zh) 一种全固态电解质及其制备方法和一种锂电池
KR20020034880A (ko) 프로톤 전도형 폴리머 2차 전지
CN111081946A (zh) 基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质pi-fpas隔膜及其制备方法和应用
Li et al. A novel and shortcut method to prepare ionic liquid gel polymer electrolyte membranes for lithium-ion battery
Wang et al. Bifunctional polymer electrolyte with higher lithium-ion transference number for lithium-sulfur batteries
CN116864799A (zh) 一种柔性固态电解质膜及其制备方法和应用
CN116632334A (zh) 一种固态电解质及其制备方法、一种固态锂电池及其制备方法
CN113410523B (zh) 一种柔性金属有机框架基塑晶电解质及其制备方法和应用
CN103515654B (zh) 一种聚合物固体电解质的制造方法
CN113185695B (zh) 一种聚醚砜单离子聚合物和单离子凝胶聚合物电解质
CN118099512A (zh) 一种聚离子液体基聚合物电解质的制备及其应用
KR102539971B1 (ko) 고체 전해질 조성물, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 전지
CN111987351B (zh) 一种聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用
Wang et al. A novel polymer electrolyte with in situ polymerization and a high concentration of lithium salts for lithium metal batteries
CN114188603A (zh) 纳米相分离的固体聚合物电解质薄膜及其制备方法和应用
JPH04253771A (ja) 高分子固体電解質とそれを用いた電気二重層コンデンサ
CN111900459A (zh) 一种peo基复合固态电解质及其制备方法
CN111072950A (zh) 聚芳醚酮聚合物合成方法、PAEK膜和PAEK-Al2O3复合膜制备方法及应用
Wu et al. Electrospun polyacrylonitrile/silica separator with high mechanical strength and electrolyte affinity for aqueous zinc-ion batteries
CN114497726B (zh) 一种含有离子液体交联剂的高电导率半互穿聚合物电解质

Legal Events

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