一种用于锂离子电池的全固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池的全固态电解质及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备；2)、全固态锂离子电解质中间体的制备；3)、全固态锂离子电解质的制备。本发明专利技术以二羧基类咪唑、硼酸、氢氧化锂等为主要原料设计合成出自身可“导电”的一系列全固态锂离子电解质，熔点低，且室温离子电导率可达10

All-solid-state electrolyte for lithium-ion batteries and its preparation method

The invention discloses an all-solid-state electrolyte for lithium ion batteries and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: 1) preparation of all-solid lithium ion electrolyte matrix; 2) preparation of all-solid lithium ion electrolyte intermediate; 3) preparation of all-solid lithium ion electrolyte. A series of all-solid-state lithium ion electrolytes with low melting point and room temperature ionic conductivity up to 10 are designed and synthesized by using dicarboxyl imidazole, boric acid, lithium hydroxide and other main raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的全固态电解质及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种用于锂离子电池的全固态电解质及其制备方法。
技术介绍
如今，锂离子电池广泛应用于手机、摄影机、笔记本电脑等小型电子产品中，市场需求飞速增长，且由于新能源观念的推广，使得电动汽车、混合动力汽车大量投入市场，电动交通工具成为未来发展的方向可见一斑，作为电动汽车首选电源的锂离子电池因其优越性能，受到了广泛应用与研究。目前使用较多的是液态锂离子电池，该电池目前还存在循环性能较差、安全性能差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，通过本专利技术所述方法制备的全固态电解质不仅安全性好、环境友好，且室温下离子电导率高达10-3Scm-1。此外，本专利技术还提供通过上述制备方法制备的全固态电解质。本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备：将固体强碱和去离子水加入反应釜中反应一段时间，依次间隔一段时间加入羧酸类咪唑、小分子卤代烷烃和强酸溶液在室温下反应，反应后滤出沉淀物，将沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质基体；2)、全固态锂离子电解质中间体的制备：将步骤1)制备的全固态锂离子电解质基体、NaOH水溶液和硼酸盐按比例混合后常温反应后过滤，沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质中间体；3)、全固态锂离子电解质的制备：将步骤2)获得的全固态锂离子电解质中间体、硼酸、DMAc按比例混合后搅拌反应一段时间，加入SOCl2加反应一段时间后，迅速加入LiOH-DMAc溶液，升温至80℃反应，然后减压抽滤反应液，将所得固体溶于混合溶剂中，于-25～40℃重结晶，所得晶体经过干燥后获得全固态锂离子电解质，该电解质同时具有锂盐和电解液的双重功能，且离子电导率高达10-3Scm-1数量级，目前未见类似报道。本申请以羧酸类咪唑、固体强碱和硼酸盐等为主要原料合成出自身可“导电”的一系列全固态锂离子电解质，在全固态锂离子二次电池领域有巨大的应用潜质；且本申请所述制备方法不添加挥发性小分子增塑剂，同时制备的全固态锂离子电解质的室温离子电导率超过10-3Scm-1。并且，本申请通过改变反应原料，开发出一系列具有更低解离能(即常温或较低温度下即可解离为具有高运动能力的离子状态)的全固态锂离子电解质，有效拓宽了锂电池领域锂盐的选择范围。进一步地，步骤1)中所述固体强碱、去离子水、羧酸类咪唑、小分子卤代烷烃和强酸溶液的加入的量分别为：1～2重量份、15～20重量份、2～4重量份、3～5重量份、4～8重量份，所述强酸溶液的浓度为30wt.％。按上述化学当量进行投料，如此操作可尽可能多的获得目标产物。进一步地，步骤2)中所述全固态锂离子电解质基体、NaOH水溶液和硼酸盐的加入的量分别为：3～5重量份、10～15重量份、7～10重量份，所述NaOH水溶液的浓度为10％。按上述化学当量进行投料，如此操作可尽可能多的获得目标产物。进一步地，步骤2)中所述全固态锂离子电解质中间体、硼酸、DMAc、SOCl2、LiOH-DMAc溶液的加入的量分别为：4～6重量份、1～3重量份、60～80重量份、3～5重量份、1～2重量份。按上述化学当量进行投料，如此操作可尽可能多的获得目标产物。进一步地，所述羧酸类咪唑至少包括4-硫代二羧酸咪唑、咪唑-4，5-二正丙酸、咪唑-4，5-二正丁酸、咪唑-4，5-二异丁酸、咪唑-4，5-二新丁酸、咪唑-4，5-二异丙酸、苯并咪唑-4，5-二羧酸中的一种。进一步地，小分子卤代烷烃至少包括2-溴丁烷、2-甲基-2-溴丙烷、2-甲基-1-溴丙烷、溴乙烷、1-溴丙烷、2-溴丙烷中、1-氯丙烷、1-氯丁烷的一种。进一步地，固体强碱至少包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、固体丙醇钠、固体戊醇钠、固体辛醇钠及其同分异构体钠中的一种；所述强酸溶液至少包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、高锰酸、氢溴酸、氢碘酸、三氟乙酸、甲磺酸中的一种；所述硼酸盐至少包括氟硼酸锂、氟硼酸铟、氟硼酸镓、氟硼酸锡、氟硼酸钾、氟硼酸钠中的一种。进一步地，LiOH-DMAc溶液为LiOH和DMAc按照质量比为2～6：15～30的比例进行混合得到的物质。按上述化学当量进行投料，如此操作可尽可能多的获得目标产物。进一步地，混合溶剂为乙腈、三氯甲烷、氯丙烷按照质量比20～30：10～15：6～8进行混合得到的物质。按上述化学当量进行投料，如此操作可尽可能多的获得目标产物。一种采用上述制备方法制备的全固态电解质。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术以二羧基类咪唑及氢氧化锂等为主要原料设计合成出自身可“导电”的一系列离子液体型锂盐，本专利技术所制备的锂盐同时具有离子液体和传统固体锂盐的性质，在全固态锂离子二次电池领域有巨大的应用潜质。2、本申请所述制备方法不添加挥发性小分子增塑剂，同时制备的全固态锂离子电解质的室温离子电导率超过10-3Scm-1。3、本申请通过改变反应原料，开发出一系列具有更低解离能的全固态锂离子电解质，有效拓宽了锂电池领域锂盐的选择范围。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备：将2份固体丙醇钠、18份去离子水加入反应釜中，于70℃搅拌反应30min；接着向体系中加入3份苯并咪唑-4，5-二羧酸，反应60min；然后加入3份1-氯丁烷，反应12h；再加入7份的30wt.％的三氟乙酸溶液，室温反应2小时。过滤反应液，所得沉淀物用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值接近于7。将沉淀物于80℃干燥50小时，即得全固态锂离子电解质基体；2)、全固态锂离子电解质中间体的制备：称取上述全固态锂离子电解质基体5份、10％的NaOH水溶液12份、氟硼酸钾9份，常温反应24小时后过滤，所得沉淀用去离子水洗涤3次，而后真空干燥48小时，即得全固态锂离子电解质中间体；3)、全固态锂离子电解质的制备：称取上述全固态锂离子电解质中间体4份、硼酸3份、DMAc70份，搅拌反应2小时后，将3份的SOCl2加入反应釜，室温反应2小时，而后迅速加入1份的LiOH和DMAc按照质量比为6：20的比例进行混合得到LiOH-DMAc溶液，升温至80℃反应6小时。减压抽滤反应液，滤液旋蒸以除去DMAc，将所得固体溶于混合溶剂中，于-30℃重结晶，所得晶体于125℃真空干燥24小时，即得全固态锂离子电解质。实施例2：一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备：将2份固体戊醇钠、15份去离子水加入反应釜中，于70℃搅拌反应30min；接着向体系中加入3份咪唑-4，5-二新丁酸，反应60min；然后加入4份1-氯丙烷，反应12h；再加入7份的30wt.％的甲磺酸溶液，室温反应2小时。过滤反应液，所得沉淀物用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值接近于7。将沉淀物于80℃干燥60小时，即得全固态锂离子电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备：将固体强碱和去离子水加入反应釜中反应一段时间，依次间隔一段时间加入羧酸类咪唑、小分子卤代烷烃和强酸溶液在室温下反应，反应后滤出沉淀物，将沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质基体；2)、全固态锂离子电解质中间体的制备：将步骤1)制备的全固态锂离子电解质基体、NaOH水溶液和硼酸盐按比例混合后常温反应后过滤，沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质中间体；3)、全固态锂离子电解质的制备：将步骤2)获得的全固态锂离子电解质中间体、硼酸、DMAc按比例混合后搅拌反应一段时间，加入SOCl2加反应一段时间后，迅速加入LiOH‑DMAc溶液，升温至80℃反应，然后减压抽滤反应液，将所得固体溶于混合溶剂中，于‑25～40℃重结晶，所得晶体经过干燥后获得全固态锂离子电解质。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、全固态锂离子电解质基体的制备：将固体强碱和去离子水加入反应釜中反应一段时间，依次间隔一段时间加入羧酸类咪唑、小分子卤代烷烃和强酸溶液在室温下反应，反应后滤出沉淀物，将沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质基体；2)、全固态锂离子电解质中间体的制备：将步骤1)制备的全固态锂离子电解质基体、NaOH水溶液和硼酸盐按比例混合后常温反应后过滤，沉淀物经过洗涤、烘干获得全固态锂离子电解质中间体；3)、全固态锂离子电解质的制备：将步骤2)获得的全固态锂离子电解质中间体、硼酸、DMAc按比例混合后搅拌反应一段时间，加入SOCl2加反应一段时间后，迅速加入LiOH-DMAc溶液，升温至80℃反应，然后减压抽滤反应液，将所得固体溶于混合溶剂中，于-25～40℃重结晶，所得晶体经过干燥后获得全固态锂离子电解质。2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述固体强碱、去离子水、羧酸类咪唑、小分子卤代烷烃和强酸溶液的加入的量分别为：1～2重量份、15～20重量份、2～4重量份、3～5重量份、4～8重量份，所述强酸溶液的浓度为30wt.％。3.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述全固态锂离子电解质基体、NaOH水溶液和硼酸盐的加入的量分别为：3～5重量份、10～15重量份、7～10重量份，所述NaOH水溶液的浓度为10％。4.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的全固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述全固态锂离子电解质中间体、硼酸、DMAc...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继亮，包黎霞，袁芬，迟帅，董顺平，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53