本发明专利技术涉及一种聚离子液体基聚合物复合材料的有机溶液、基于该材料的电解质膜、正极的制备方法及固态锂电池，属于全固态锂离子二次电池技术领域。该复合材料用作固态电解质膜时，兼具高离子电导率（7.15×10<supgt;‑4</supgt; S cm<supgt;‑1</supgt;）和锂离子迁移数（0.77），制备方法简单，可批量生产。将其同时作为粘结剂应用锂二次电池中，可在正极和电解质之间构建连续的离子传输通道，从而减低正极/电解质之间的界面阻抗。室温条件下，控制其电流密度为0.05 mA cm<supgt;‑2</supgt;，所组装的Li|Li电池可以稳定运行1500 h；分别以复合材料作为电解质和粘结剂全固态Li|LiFePO<subgt;4</subgt;电池具有良好的循环性能，在0.5 C下稳定循环300圈后，比容量仍可保持在128.8 mAh g<supgt;‑1</supgt;，容量损失率仅为4.1%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全固态锂离子二次电池，特别是涉及一种聚离子液体基聚合物复合材料的有机溶液、基于该材料的电解质膜、正极的制备方法及固态锂电池。
技术介绍
1、作为一种高能量密度的储能设备，锂电池对新能源、便携式设备等领域的发展有着至关重要的意义。目前商用锂离子电池中应用的有机电解液存在易燃、易氧化，易泄漏等问题，且电解液与电池中的金属锂、硅、碳材料和镍基氧化物等成分容易发生反应，会造成严重的热失控和锂枝晶的急剧生长，存在巨大的安全隐患，这阻碍了其实际应用。
2、固态电解质具有无挥发性、低可燃性、高电化学和热稳定性，将其应用于锂电池中会极大的提高电池的安全性，此外，固态电解质制备简单，可同时作为隔膜和电解质，进一步精简全固态锂金属电池的结构。在固态电解质的子类中，聚合物固态电解质比无机固态电解质的粘附性和柔性更强，与电极的相容性更好，能够在变形条件下工作。此外，聚合物固态电解质通常具有良好的机械性能和优异的热稳定性。然而，单一的聚合物基底具有高结晶度，呈现出较低的室温离子电导率，且仍面临着与锂负极、正极界面相容性差等问题。
3、聚离子液体聚合物兼具离子液体的稳定、不可燃、高离子导电性等独特性质以及聚合物的机械耐久性和可加工性等优点，可望设计成固态电解质和功能性粘附材料。然而，由于其过高的玻璃化转变温度（tg），大部分聚离子液体在室温下都是质地偏脆的固体粉末，单独使用难以成膜或者不具有粘附性。此外，聚离子液体的使用成本较高，实用性较低。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路</p>1、本专利技术的目的是提供一种充当全固态锂二次电池固态电解质膜和粘结剂的聚离子液体基聚合物复合材料的制备方法，该复合材料作为电解质膜展现出高离子电导率和锂离子迁移数；将其作为粘结剂引入正极制备，具有良好的粘附性能，能够在固态电解质膜/电极之间形成连续的离子传输通道，进一步降低电池阻抗，从而改善电池的循环性能。
2、一种聚离子液体基聚合物复合材料的制备方法：
3、步骤1、将聚合物a的前驱体、相应的锂盐加入到适量的去离子水中，在室温下搅拌1-2 天，完成离子交换，得到聚合物a；聚合物a的前驱体单体和锂盐的摩尔比为1：2-1：2.5；
4、步骤2、按照质量比1:（6-10）称取聚合物b和有机溶剂，搅拌使其溶解；
5、步骤3、聚合物a、含有聚合物b的混合溶液按照一定的比例混合，形成均匀的离子液体基聚合物复合材料的有机溶液；
6、所述步骤1中聚合物a的前驱体为聚（1-乙基-3-（2-甲基丙烯酸乙酯））咪唑鎓盐、聚（1-丁基-3-（2-甲基丙烯酸丙酯））咪唑鎓盐或聚（1-丁基-3-（2-甲基丙烯酸丁酯））咪唑鎓盐中的任何一种；
7、所述步骤2中聚合物b选自含烯烃、丙烯酸酯、丙烯酰胺结构的聚合物一种或两种共聚物；
8、所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂任何一种；
9、所述的有机溶剂为n-甲基甲酰胺、乙腈、n-甲基吡咯烷酮任何一种。
10、一种基于聚离子液体基聚合物复合材料的电解质膜的制备方法：
11、步骤1、在充满氩气的手套箱中称取适量的锂盐和离子液体，使锂盐浓度保持在1-1.5 mmol g-1；
12、步骤2、将权利要求1所述的离子液体基聚合物复合材料的有机溶液、步骤1含有锂盐的离子液体按照一定的比例混合，排除氧气并搅拌均匀后，用成膜器刮涂在预先清洁的玻璃板、ptfe模板或者金属锂片上，移到真空烘箱中60-80 °c烘干。
13、所述离子液体中阳离子为1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子任何一种，阴离子为双氟磺酰亚胺、双三氟甲基磺酸亚酰胺、六氟磷酸、二草酸硼酸、三氟甲磺酸任何一种；
14、所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂任何一种。
15、进一步的，聚合物a、聚合物b、含有锂盐的离子液体的质量比为20：（40-80）： 100。
16、一种基于聚离子液体基聚合物复合材料粘结剂的正极制备方法：
17、步骤1、在所述的含有离子液体基聚合物复合材料的有机溶液中，加入一定量的磷酸铁锂粉末和super p导电炭黑，使磷酸铁锂：super p导电炭黑：聚合物复合材料三者的重量比分别为8：1：（0.5-1）；搅拌使三者均匀混合，加入适量的有机溶剂调浆后在al箔上进行涂膜，在80 °c的条件下真空干燥；
18、所述的有机溶剂为n-甲基甲酰胺、乙腈、n-甲基吡咯烷酮任何一种。
19、一种固态锂电池，包括正极、负极、粘结剂和设置于所述正极和负极之间的电解质，所述正极材料为磷酸铁锂，所述电解质包括前述的离子液体基聚合物复合材料或权利要求2或3的电解质膜；所述正极为前述的正极。
20、本专利技术与现有技术相比，本专利技术中聚离子液体基聚合物复合材料兼具良好的电化学性能和力学性能。本专利技术的创新点在于采用聚离子液体基聚合物复合材料制备了具有综合优良特性的电解质膜和粘结剂。
21、（1）相比于传统固态聚合物电解质，聚离子液体基复合固态电解质既具备高离子导电性（7.15×10-4 s cm-1）、锂离子迁移数（0.77），又具有优异的机械性能，且此专利技术的制备工艺路线较为简易，实用性较高。
22、（2）该复合材料具有良好的粘附性能，将其作为粘结剂引入正极，能够在固态电解质膜/电极之间形成连续的离子传输通道，进一步降低电池阻抗，从而改善电池的循环性能。由此制备得到的锂金属电池的性能优异：在室温和0.5 c的倍率下，其首圈比容量可达134.3 mah g-1，稳定循环300圈后，容量保持在128.8 mah g-1，容量损失率仅为4.1 %。
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【技术保护点】
1.一种聚离子液体基聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：
2.一种基于聚离子液体基聚合物复合材料的电解质膜的制备方法，其特征在于：
3. 根据权利要求2所述基于聚离子液体基聚合物复合材料的电解质膜的制备方法，其特征在于：聚合物A、聚合物B、含有锂盐的离子液体的质量比为20：（40-80）： 100。
4.一种基于聚离子液体基聚合物复合材料粘结剂的正极制备方法，其特征在于：
5.一种固态锂电池，包括正极、负极、粘结剂和设置于所述正极和负极之间的电解质，所述正极材料为磷酸铁锂，其特征在于：所述电解质包括权利要求1所述的离子液体基聚合物复合材料或权利要求2或3的电解质膜；所述正极为权利要求4所述的正极。
【技术特征摘要】
1.一种聚离子液体基聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：
2.一种基于聚离子液体基聚合物复合材料的电解质膜的制备方法，其特征在于：
3. 根据权利要求2所述基于聚离子液体基聚合物复合材料的电解质膜的制备方法，其特征在于：聚合物a、聚合物b、含有锂盐的离子液体的质量比为20：（40-80）： 100。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：林秀婧，谷琪，刘夏夏，周鑫宇，李江，刘瑞卿，马延文，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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