一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法和应用，属于准固态电池电解质技术领域，该离子凝胶电解质原料按照质量百分比计，包括以下组分：锂盐5

【技术实现步骤摘要】
一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及准固态电池电解质
，特别是涉及一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着锂电池的发展，智能电子器件和电动汽车得到了迅猛地发展，但随之而来的是里程焦虑等问题。对此，人们开始探索具有更高能量密度的锂二次电池。锂金属由于具有最高的能量密度、最低的还原电位被认为是最理想的负极。然而，锂金属电池由于其不可避免的枝晶生长问题，容易造成电池的内部短路，进而导致严重的安全问题。此外，目前所用的有机液态电解液和锂金属之间常常发生不良反应，造成锂金属电极的腐蚀，大大影响了锂金属电极的使用。因此，开发一种新型安全的电解质用于锂金属负极的开发是非常迫切需要的。
[0003]固态电解质，如PEO、LLZTO、硫化物等固态电解质被广泛地用于固态锂金属电池中的开发。然而，体相电导率以及电解质与电极之间的接触问题限制了它们的进一步应用。为了解决这一问题，离子凝胶电解质被提出。离子凝胶电解质包含离子液体和固态基底，其结合了固态电解质与液态电解质的优点。其中，离子液体电解液提供了相对可观的离子电导率，而固态基底则作为离子液体电解液的宿主，大大提高了电解质的安全性能。
[0004]目前，离子凝胶电解质主要使用聚合物，如PEO、PVDF
‑
HPF等作为基底。这些聚合物往往由于材料问题，容易被不规则的枝晶所刺穿，进而导致电池短路，导致电池失效，降低了电池的使用寿命。因此，上述问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有的聚合物离子凝胶电解质存在的枝晶刺穿电解质的风险，提出了一种以刚性共价有机框架为基体，离子液体电解液被限制在有机框架内的离子凝胶电解质及一种无需要多余溶剂的制备方法，降低了对环境和人体的危害，降低了凝胶电解质被枝晶刺穿的风险。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质，原料按照质量百分比计，包括以下组分：锂盐5
‑
50％，刚性共价有机框架10
‑
35％，余量为离子液体。
[0008]进一步地，所述离子液体为完全由阴/阳离子组成的、不具备挥发性的低温熔盐。
[0009]进一步地，当离子液体完全由阳离子组成时，所述离子液体包括咪唑类离子液体、吡咯烷酮类离子液体、胆碱类离子液体、吡啶类离子液体或哌啶类离子液体中的一种。
[0010]进一步地，所述咪唑类阳离子优选为EMIM
+
、BMIM
+
、EEIM
+
中的一种；所述吡咯烷酮类阳离子优选为Pyr
13+
、Pyr
14+
、Pyr
16+
中的一种；所述的胆碱类阳离子优选为DMEA
+
、C4choline
+
、C6choline
+
、C8choline
+
中的一种；所述吡啶类阳离子优选为C4Py
+
、C4PyM
+
、N1Py
+
中的一种；所述哌啶类阳离子优选为N1N1Pd
+
、C2MPd
+
、C4MPd
+
中的一种。
[0011]进一步地，当离子液体完全由阴离子组成时，所述离子液体为BF4‑
、PF6‑
、TFSI
‑
或Tf2N
‑
中的一种。
[0012]进一步地，所述锂盐包括高氯酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺、双氟磺酰亚胺锂或三氟甲基磺酸锂中的至少一种。
[0013]进一步地，所述刚性共价有机框架(COF)包括硼酸酯类、亚胺类或三嗪类中的一种。
[0014]进一步地，所述硼酸酯类COF优选为COF
‑
5、COF
‑
6或COF
‑
1中的一种；所述亚胺类COF优选为LZU
‑
1、TPB
‑
TP
‑
COF、TPB
‑
TPOH
‑
COF或TPB
‑
DMTP
‑
COF中的一种；所述三嗪类COF优选为CTF
‑
1、CTF
‑
CSU36或CTF
‑
2中的一种。
[0015]本专利技术的刚性共价有机结构具有较高的孔容、比表面积以及极低的密度，因此可以吸收较多的离子液体电解液，这有利于提高准固态电解质的离子电导率。此外，该离子凝胶电解质具有刚性框架结构，所制得的膜具有极高的弹性模量(大于2.0Gpa)，有利于抑制锂、钠等枝晶的生长，提高了离子凝胶电池的安全性，因此该电解质在碱金属电池的发展中具有潜在的应用前景。
[0016]本专利技术还提供所述基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法，包括如下步骤：将所述离子液体、锂盐、刚性共价有机框架混合，抽真空，置于60℃
‑
120℃温度下辅助进行毛细作用，得到湿固体，将所述湿固体压制成片，制得基于共价有机框架的离子凝胶电解质。
[0017]本专利技术基于共价有机框架的离子凝胶电解质的制备方法由离子液体电解液和刚性共价有机框架充分混合后，在真空的辅助下通过毛细作用，离子液体进入到有机框架内部，最后将得到的湿固体通过模具压片压制成型，进一步应用于电池中。
[0018]本专利技术还提供所述基于共价有机框架的离子凝胶电解质在制备电池或电容器中的应用。
[0019]进一步地，所述电池为锂金属电池、锂硫电池或锂空气电池中的一种。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：
[0021](1)本专利技术所述制备方法简单，不使用额外的溶剂，有利于生态环境的保护，有利于准固态电池的产业化。
[0022](2)本专利技术所述的离子凝胶电解质不同于常用的传统聚合物离子凝胶电解质，其具有刚性的离子液体电解液的宿主，能够有效地抑制锂、钠等枝晶的生长，实现超长时间的锂金属的均匀沉积和溶解，提高了锂金属负极的利用效率。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。
[0024]图1为本专利技术实施例2制备的基于共价有机框架的离子凝胶电解质的形貌图；
[0025]图2为本专利技术实施例2制备的基于共价有机框架的离子凝胶电解质制备的锂金属电池循环性能图。
具体实施方式
[0026]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共价有机框架的离子凝胶电解质，其特征在于，原料按照质量百分比计，包括以下组分：锂盐5
‑
50％，刚性共价有机框架10
‑
35％，余量为离子液体。2.根据权利要求1所述基于共价有机框架的离子凝胶电解质，其特征在于，所述离子液体包括咪唑类离子液体、吡咯烷酮类离子液体、胆碱类离子液体、吡啶类离子液体或哌啶类离子液体中的一种。3.根据权利要求1所述基于共价有机框架的离子凝胶电解质，其特征在于，所述离子液体还包括BF4‑
、PF6‑
、TFSI
‑
或Tf2N
‑
中的一种。4.根据权利要求1所述基于共价有机框架的离子凝胶电解质，其特征在于，所述锂盐包括高氯酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟振，郑伟中，赵玲，王圳男，李碧红，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：