一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法，属于电化学存储技术领域。本发明专利技术的电池包括正极、负极、隔膜和电解液，电解液包括正极电解液和负极电解液，正极电解液为含有碱金属盐的离子液体，负极电解液为含有相同碱金属盐的醚类有机溶剂；正、负极通过隔膜分隔开，并分别在隔膜两侧滴入相应的正极电解液和负极电解液。本发明专利技术还提供了所述电池的制备方法，包括以下步骤：将正极材料、负极材料和隔膜加工成片状；在隔膜两侧分别滴加正极电解液和负极电解液，得到组合电解液型双离子摇椅式二次电池。本发明专利技术的组合电解液型双离子摇椅式二次电池可以同时发挥正极电解液和负极电解液的优点，从而极大提高电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法
本专利技术涉及一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法，属于电化学存储

技术介绍
锂离子电池是当今世界最重要的储能器件之一，它将锂离子作为电荷传输的载体脱嵌于正与负极材料之间，从而达到电能存储与释放，它具有能量密度高，功率密度高以及工作电压高等优点，在大规模储能和交通运输行业具有广阔的应用前景。锂离子电池中关键原料锂元素，其在地壳中储量仅有0.065％，且分布不均，主要集中在南美地区。随着世界经济的发展，人类的生活与生产对锂资源的需求会量不断加大，可以预见锂资源的价格将会随之不断上涨，这将导致各种锂电子设备应用困难且价格昂贵，因此开发新型储能器件替代锂离子电池储能设备已经十分紧迫。与锂离子电池相比，阴阳双离子摇椅式电池通过阴阳两种离子作为载体脱嵌于正负极材料之间，具有输出电压高、环境友好和价格低廉等优点，被认为是最有希望的下一代新型储能器件之一。但是阴阳双离子摇椅式电池中正极反应阴离子的脱嵌过程中，其反应电位在5V左右，在这么高的电位下传统的有机电解液会发生严重的氧化分解，从而会导致电池的稳定性和效率急剧衰减。因此近期有科学家尝试使用具有良好的抗氧化性质的离子液体其作为电池电解液，研究结果表明离子液体是使用确实可以有效的抑制电解液的分解，提高电池的正极性能。此举虽然很好地保证电池正极反应，但是也带来了一些系列问题，尤其是离子液体电解液的使用其会影响负极材料表面生产不稳定的固态电解质膜造成负极的严重的副反应，大大减低电池库伦效率，影响电池的循环稳定性。如何有效的设计阴阳双离子摇椅式电池的正负极反应，保证阴阳双离子摇椅式电池高输出电压、环境友好和低成本等优势，推动其商业化，一直是困扰科学家的一道难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法，本专利技术的组合电解液型双离子摇椅式二次电池在正极反应中使用离子液体为电解液保证电解液在高工作电压下不被分解，在负极反应中使用醚类有机溶剂为电解液保证负极的库伦效率，可以同时发挥正极电解液和负极电解液的优点，从而极大提高电池的循环稳定性。本专利技术的第一个目的是提供一种双离子摇椅式二次电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，所述电解液为组合型电解液，包括正极电解液和负极电解液，所述正极电解液为含有碱金属盐的离子液体，所述负极电解液为含有相同碱金属盐的醚类有机溶剂。在本专利技术的一种实施方式中，所述离子液体中的阴离子与碱金属盐中的阴离子保持一致。在本专利技术的一种实施方式中，所述碱金属盐中的阳离子选自Li+、Na+或K+，所述碱金属盐中的阴离子选自双(三氟甲烷)磺酰亚胺根、双(氟磺酰)亚胺根、三氟甲磺酸根或六氟磷酸根。在本专利技术的一种实施方式中，所述离子液体中的阳离子选自1-甲基-1-丙基吡咯烷离子、1-乙基-3-甲基咪唑离子、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基正离子或N，N-二烷基吡咯烷鎓离子。在本专利技术的一种实施方式中，所述离子液体为1-甲基-1-丙基吡咯烷双(三氟甲烷)磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷)磺酰亚胺、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基双(三氟甲烷)磺酰亚胺、N，N-二烷基吡咯烷鎓双(三氟甲烷)磺酰亚胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷双(氟磺酰)亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑双(氟磺酰)亚胺、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基双(氟磺酰)亚胺、N，N-二烷基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基三氟甲磺酸、N，N-二烷基吡咯烷鎓三氟甲磺酸、1-甲基-1-丙基吡咯烷六氟磷酸、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基六氟磷酸或N，N-二烷基吡咯烷鎓六氟磷酸。在本专利技术的一种实施方式中，所述碱金属盐为双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲烷)磺酰亚胺钠、双(氟磺酰)亚胺钠、三氟甲磺酸钠、六氟磷酸钠、双(三氟甲烷)磺酰亚胺钾、双(氟磺酰)亚胺钾、三氟甲磺酸钾或六氟磷酸钾。在本专利技术的一种实施方式中，醚类有机溶剂为二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚和五乙二醇二甲醚中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，正极电解液的浓度为0.1-10molL-1。优选地，电解液的浓度为1.5molL-1。在本专利技术的一种实施方式中，负极电解液的浓度为0.1-10molL-1。优选地，电解液的浓度为2.75molL-1。在本专利技术的一种实施方式中，所述正极材料为碳素材料。在本专利技术的一种实施方式中，所述碳素材料为石墨、介孔碳、硬碳或软碳。在本专利技术的一种实施方式中，所述正极材料还包括粘结剂。在本专利技术的一种实施方式中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、SBR橡胶、氟化橡胶和聚胺酯中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，所述负极材料为碳素材料或金属锂、金属钠、金属钾、硅、锡、铝、磷或钛酸锂。在本专利技术的一种实施方式中，所述碳素材料为石墨、介孔碳、硬碳或软碳。在本专利技术的一种实施方式中，当负极材料为碳素材料时，负极材料还包括粘结剂。在本专利技术的一种实施方式中，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、SBR橡胶、氟化橡胶和聚胺酯中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，当负极材料为硅、锡、铝、磷或钛酸锂时，负极材料还包括导电剂和粘结剂。在本专利技术的一种实施方式中，导电剂为乙炔黑、SPUERP、炭黑、科琴黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、SBR橡胶、氟化橡胶和聚胺酯中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜为Nafion膜、锂化的Nafion膜或钾化的Nafion膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述双离子摇椅式二次电池的正极材料和负极材料均为碳素材料，隔膜为Nafion膜，电解液包括正极电解液和负极电解液，正、负极通过隔膜分隔开，隔膜两侧分别滴加在相应正、负极电解液。本专利技术的第二个目的是提供所述的双离子摇椅式二次电池的制备方法，包括以下步骤：(1)将正极材料、负极材料和隔膜加工成片状；(2)在所述正极材料和负极材料之间放入隔膜，并分别在隔膜两侧加入所述的正极电解液和负极电解液，得到所述双离子摇椅式二次电池。在本专利技术的一种实施方式中，还包括将正极材料和粘结剂混合后涂覆于铝箔或铜箔片上，作为正极的步骤。在本专利技术的一种实施方式中，还包括将负极材料和粘结剂混合后涂覆于铝箔或铜箔片上，作为负极的步骤。在本专利技术的一种实施方式中，将正极材料或负极材料加工成直径为6-18mm的圆片。在本专利技术的一种实施方式中，正、负极电解液的的浓度为0.1-10molL-1。正负极电解液的体积为0.01-0.5mL。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术组合电解液型双离子摇椅式二次电池，针对不同正、负极反应，选取了耐氧化性良好的离子液体作为正极反应电解液，保证高压下电解液不氧化分解，选取了稳定固体电解质膜的醚类有机溶剂作为负极反应电解液，保证电池的高库伦效率，选用这种组合电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双离子摇椅式二次电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其特征在于，所述电解液包括正极电解液和负极电解液，所述正极电解液为含有碱金属盐的离子液体，所述负极电解液为含有与正极电解液中相同碱金属盐的醚类有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种双离子摇椅式二次电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其特征在于，所述电解液包括正极电解液和负极电解液，所述正极电解液为含有碱金属盐的离子液体，所述负极电解液为含有与正极电解液中相同碱金属盐的醚类有机溶剂。2.根据权利要求1所述的双离子摇椅式二次电池，其特征在于，所述离子液体中的阴离子与碱金属盐中的阴离子相同。3.根据权利要求1所述的双离子摇椅式二次电池，其特征在于，所述碱金属盐中的阳离子选自Li+、Na+或K+，所述碱金属盐中的阴离子选自双(三氟甲烷)磺酰亚胺根、双(氟磺酰)亚胺根、三氟甲磺酸根或六氟磷酸根。4.根据权利要求1所述的双离子摇椅式二次电池，其特征在于，所述离子液体中的阳离子选自1-甲基-1-丙基吡咯烷离子、1-乙基-3-甲基咪唑离子、N-三甲氧基硅基丙基-N,N,N-三甲基正离子或N，N-二烷基吡咯烷鎓离子。5.根据权利要求1所述的双离子摇椅式二次电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周豪慎，乔羽，江克柱，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32