一种离子液体基主-客体组装电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及离子液体电解质技术领域，尤其涉及一种离子液体基主

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体基主
‑
客体组装电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及离子液体基电解质
，尤其涉及一种离子液体基主
‑
客体组装电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]离子液体是一种仅由阴阳离子构成的化合物，在室温下呈现液态，能够单独或溶解金属盐后作为储能器件的电解质，具有较高稳定性、低挥发性、宽电化学窗口等优势。尤其是对于具有高理论能量密度的金属
‑
空气电池而言，能够有效隔绝空气对金属负极的腐蚀，有助于实现电池在环境空气中的稳定运行。
[0003]然而，离子液体电解质中阴阳离子的半径较大且存在与载流子共迁移的现象，使得离子液体电解质中的载流子离子迁移数低(约为0.1左右)，组装的储能器件随着循环次数的增多极化严重、失效较快，此外，离子液体电解质粘度高，对隔膜和电极的润湿性差，储能器件的阻抗大，电化学性能不理想，离子液体电解质具有一定的可燃性，导致储能器件存在安全隐患，同时，离子液体电解质较高的密度也降低了电池整体的能量密度，此外，离子液体电解质的成本往往较高，这些缺陷严重制约了离子液体电解质的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种离子液体基主
‑
客体组装电解质及其制备方法和应用，本专利技术提供的技术方案能够有效解决离子液体电解质
的核心问题，可获得载流子迁移数高(可实现单离子导体)、轻薄(组装电池的能量密度高)、机械强度高、安全性高、稳定性高、成本低、适用范围广、室温下性能优异的离子液体基主
‑
客体组装电解质。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种离子液体基主
‑
客体组装电解质，包括主体材料和客体材料；
[0007]所述客体材料通过主客体组装的形式封装于所述主体材料的孔结构中；
[0008]所述主体材料包括多孔材料，所述客体材料包括离子液体电解质；
[0009]所述主体材料的孔结构为微纳孔结构。
[0010]优选的，所述客体材料的体积与主体材料的孔体积比为(0.2～1)：1。
[0011]优选的，所述主体材料的孔径为0.3～3nm。
[0012]优选的，所述主体材料材料包括分子筛、金属有机框架材料和共价有机框架材料中的一种或几种。
[0013]优选的，所述客体材料包括离子液体和金属盐；
[0014]所述客体材料中金属盐的浓度为0～5mol
·
L
‑1。
[0015]优选的，所述离子液体的阳离子包括BMIM
+
、EMIM
+
、BMP
+
、DEME
+
、PP
14+
、PP
13+
、PYR
14+
、N
1223+
和PYR
1(2O1)+
中的一种或几种；
[0016]所述离子液体的阴离子包括TFSI
‑
、FSI
‑
、OTf
‑
、BETI
‑
、IM
14
‑
、DCA
‑
、NO3‑
、SCN
‑
、BF4‑
、PF6‑
和AsF6‑
中的一种或几种。
[0017]优选的，所述金属盐的阳离子包括Na
+
、Li
+
、K
+
、Zn
2+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Al
3+
、Fe
3+
和Fe
2+
中的一种或几种；
[0018]所述金属盐的阴离子包括TFSI
‑
、FSI
‑
、OTf
‑
、ClO4‑
、NO3‑
、BF4‑
和PF6‑
中的一种或几种。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述离子液体基主
‑
客体组装电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将客体材料通过主客体组装的形式封装在主体材料的孔结构中，得到所述离子液体基主
‑
客体组装电解质；
[0021]所述主体材料包括多孔材料，所述客体材料包括离子液体电解质；
[0022]所述主体材料的孔结构为微纳孔结构。
[0023]优选的，所述封装的方式为负压吸附和/或研磨。
[0024]本专利技术还提供了上述技术方案所述的离子液体基主
‑
客体组装电解质或上述技术方案所述制备方法得到的离子液体基主
‑
客体组装电解质在储能器件中的应用。
[0025]本专利技术提供了一种离子液体基主
‑
客体组装电解质，包括主体材料和客体材料；所述客体材料通过主客体组装的形式封装于所述主体材料的孔结构中；所述主体材料包括多孔材料，所述客体材料包括离子液体电解质；所述主体材料的孔结构为微纳孔结构。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]1)本专利技术所述的电解质外表面不存在离子液体电解质，具有不可燃性，组装储能器件的安全性高；
[0028]2)基于主客体相互作用，所述的多孔材料作为主体材料，可以阻止离子液体中大尺寸阴阳离子的移动，仅使小尺寸的载流子离子能够自由移动，这有效解决了离子液体电解质中载流子传导受阻问题；
[0029]3)本专利技术所述电解质的机械强度高，可以有效阻止金属负极枝晶产生，防止短路，提升电池安全性；
[0030]4)主体材料可制备成晶体薄膜，晶体交互生长形成一个整体有利于离子传输，同时，晶体薄膜的厚度较低，面密度小，使得组装的储能器件具有较高的能量密度；
[0031]5)当选用的主体材料本身具有迁移能力的阳离子(锂离子、钠离子、钾离子、锌离子、质子、镁离子、钙离子、铝离子等)时，可作为载流子用于传导，甚至无需额外引入金属盐即可拥有良好的电化学性能，进一步降低了成本；
[0032]根据实施例的记载，本专利技术提供的离子液体基主
‑
客体组装电解质的载流子离子迁移数可达到0.9以上，实现单离子导体。
[0033]本专利技术提供的离子液体基主
‑
客体组装电解质能够有效解决离子液体电解质
的核心问题，载流子迁移数高(可实现单离子导体)、轻薄(组装电池的能量密度高)、机械强度高、安全性高、稳定性高、成本低、适用范围广、室温下性能优异，是一种理想的电解质材料，拥有重要的实际应用价值。
附图说明
[0034]图1为实施例1所述离子液体基主
‑
客体组装锂离子电解质的扫描电子显微镜图；
[0035]图2为实施例1所述离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，包括主体材料和客体材料；所述客体材料通过主客体组装的形式封装于所述主体材料的孔结构中；所述主体材料包括多孔材料，所述客体材料包括离子液体电解质；所述主体材料的孔结构为微纳孔结构。2.如权利要求1所述离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，所述客体材料的体积与主体材料的孔体积比为(0.2～1)：1。3.如权利要求1所述离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，所述主体材料的孔径为0.3～3nm。4.如权利要求3所述离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，所述多孔材料材料包括分子筛、金属有机框架材料和共价有机框架材料中的一种或几种。5.如权利要求1所述离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，所述客体材料包括离子液体和金属盐；所述客体材料中金属盐的浓度为0～5mol
·
L
‑1。6.如权利要求1或5所述离子液体基主
‑
客体组装电解质，其特征在于，所述离子液体的阳离子包括BMIM
+
、EMIM
+
、BMP
+
、DEME
+
、PP
14+
、PP
13+
、PYR
14+
、N
1223+
和PYR
1(2O1)+
中的一种或几种；所述离子液体的阴离子包括TFSI
‑
、FSI
‑
、OTf
‑
、BETI
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：于吉红，迟茜文，李玛琳，尹心，金子越，李尚华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：