【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电解质与储能，具体涉及一种低温高性能聚离子液体基准固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着锂/钠离子电池技术的不断发展，固态电解质因具有高安全性、长寿命和快速充电等优点，越来越受到人们的关注。相比于液态电解质，固态电解质具有更高的机械强度，可以在高温、低温甚至刺穿等极端条件下保持电池的稳定运行。固态电解质具有稳定的化学性质，使得电池在充放电过程中不易发生副反应，从而提高了电池的循环寿命。此外，固态电解质可以在低温甚至超低温环境下保持较高的离子导电性，这使得固态电池可以在更广泛的温度范围内工作，特别适用于一些极端环境下的应用。
2、然而，固态电解质与正负极之间的界面电阻较大，从而影响电池的性能，这使得固态电池的设计和性能受到一定的限制。尤其是在低温环境下，活性材料和固态电解质之间的接触问题变得更加严重。公开号为cn 114976234 a和cn 113429504 a的中国专利报道了准固态聚离子液体电解质的制备，这些准固态电解质材料在一定程度上提升了界面接触性，但是由于其常规聚离子液体材料本身为固态，所制备复合电解质凝固点高、离子电导率偏低，难以满足低温电池性能。开发一种具有低温高离子电导率、良好机械性能和优异正负极兼容性的准固态电解质材料，对推动固态电池技术的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、为了开发一种具有低温高离子电导率、良好机械性能和优异正负极兼容性的准固态电解质材料，本专利技术提供一种低温高性能聚离子液体基准固态电解质及其制备方法
2、本专利技术的目的是以下述方式实现的：
3、一种低温高性能聚离子液体基准固态电解质，是一种类甘油状的准固态聚合物，具有浸润性和不流动性，以咪唑鎓阳离子为聚合骨架，乙基封端的聚乙二醇链为取代基，抗衡离子为氯 (cl) 离子、溴 (br) 离子、丙烯酸 (aa) 根、双(氟磺酰)亚胺 (fsi) 阴离子、六氟磷酸 (pf6) 根、四氟硼酸 (bf4) 根、双(三氟甲磺酰)亚胺 (tfsi) 阴离子中的任一种，具体结构式为：
4、
5、低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，a. 抗衡离子为氯 (cl) 离子、溴 (br) 离子时，包括以下步骤：
6、（1）制备封端聚乙二醇功能化的离子液体单体
7、将1-乙烯基功能化的咪唑和卤代聚乙二醇单乙醚等摩尔量溶于溶剂中，0~80 ℃加热搅拌反应6~24小时，得到抗衡离子为氯离子或溴离子的封端聚乙二醇功能化离子液体单体；
8、（2）制备聚离子液体基准固态电解质pil-x-(eg)n-et (n=3~50)
9、将所制得的封端聚乙二醇功能化离子液体单体，溶于溶剂中，加入引发剂，离子液体单体和引发剂的质量比为1:0.01~0.5，用自由基引发聚合法引发反应，55~120 ℃加热搅拌反应3~24小时，得到低温高性能聚离子液体基准固态电解质pil-x-(eg)n-et (n=3~50)；
10、b. 抗衡离子为丙烯酸 (aa) 根、双(氟磺酰)亚胺 (fsi) 阴离子、六氟磷酸(pf6) 根、四氟硼酸 (bf4) 根、双(三氟甲磺酰)亚胺 (tfsi) 阴离子时，步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（s）：
11、（s）阴离子交换制备有机抗衡离子的离子液体单体
12、将步骤（1）制备的离子液体单体与可提供丙烯酸根、双(氟磺酰)亚胺阴离子、六氟磷酸根、四氟硼酸根、双(三氟甲磺酰)亚胺阴离子中的任一种抗衡离子的盐等摩尔量混合，加入有机溶剂充分溶解并过滤出无机盐，得到抗衡离子为丙烯酸根、双(氟磺酰)亚胺阴离子、六氟磷酸根、四氟硼酸根、双(三氟甲磺酰)亚胺阴离子中任一种的封端聚乙二醇功能化离子液体单体。
13、步骤（1）中所述卤代聚乙二醇单乙醚中聚乙二醇单元为3~50个乙二醇分子的缩合结构。
14、步骤（1）所述溶剂为乙酸乙酯，或乙腈、四氢呋喃、无水乙醚、二氯甲烷、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。
15、步骤（2）所述溶剂为乙醇，或乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、甲醇、水中的至少一种。
16、步骤（2）中引发剂为偶氮二异丁腈、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)2-甲基苯丙酮、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰中的任一种。
17、步骤（s）所述有机溶剂为乙酸乙酯，或二氯甲烷、氯仿、乙腈、甲苯、乙醚、四氢呋喃中的至少一种。
18、低温高性能聚离子液体基准固态电解质的应用，用作锂/钠离子电池的电解质材料。
19、相对于现有技术，本专利技术具有以下优势和有益效果：
20、(1) 离子电导率高：本专利技术的聚离子液体基准固态电解质具有较高的离子电导率和耐低温特性，有利于提高固态电池的低温电化学性能。
21、(2) 安全性高：本专利技术的聚离子液体基准固态电解质具有聚合物的机械性能，以及不可燃性和不挥发性，可有效防止电池内部短路和燃爆等安全隐患。
22、(3) 优异正负极兼容性：本专利技术的聚离子液体基准固态电解质与正负极材料具有良好的兼容性和界面浸润性，可有效提高固态电池的倍率性能和输出功率。
23、(4) 低温性能优越：本专利技术的聚离子液体基准固态电解质在低温环境下仍能保持较高的离子电导率，使固态电池在低温条件下具有良好的容量保持率和循环稳定性。
24、本专利技术作为钠离子电池的电解质材料，在100 ma g-1的电流密度下，室温首次可逆容量可达430 ma h g-1；-25 ℃下首次可逆容量可达220 ma h g-1以上，经100次循环，容量保持率45 %以上，表现出较优的室温和低温电化学性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种低温高性能聚离子液体基准固态电解质，其特征在于：是一种类甘油状的准固态聚合物，具有浸润性和不流动性，以咪唑鎓阳离子为聚合骨架，乙基封端的聚乙二醇链为取代基，抗衡离子为氯 (Cl) 离子、溴 (Br) 离子、丙烯酸 (AA) 根、双(氟磺酰)亚胺(FSI) 阴离子、六氟磷酸 (PF6) 根、四氟硼酸 (BF4) 根、双(三氟甲磺酰)亚胺 (TFSI) 阴离子中的任一种，具体结构式为：
2.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述卤代聚乙二醇单乙醚中聚乙二醇单元为3~50个乙二醇分子的缩合结构。
3.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述溶剂为乙酸乙酯，或乙腈、四氢呋喃、无水乙醚、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述溶剂为乙醇，或乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、水中的至少一种。
5.根据权利要求2
6.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（S）所述有机溶剂为乙酸乙酯，或二氯甲烷、氯仿、乙腈、甲苯、乙醚、四氢呋喃中的至少一种。
7.如权利要求1所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的应用，其特征在于：所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质用作锂/钠离子电池的电解质材料。
...【技术特征摘要】
1.一种低温高性能聚离子液体基准固态电解质，其特征在于：是一种类甘油状的准固态聚合物，具有浸润性和不流动性，以咪唑鎓阳离子为聚合骨架，乙基封端的聚乙二醇链为取代基，抗衡离子为氯 (cl) 离子、溴 (br) 离子、丙烯酸 (aa) 根、双(氟磺酰)亚胺(fsi) 阴离子、六氟磷酸 (pf6) 根、四氟硼酸 (bf4) 根、双(三氟甲磺酰)亚胺 (tfsi) 阴离子中的任一种，具体结构式为：
2.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述卤代聚乙二醇单乙醚中聚乙二醇单元为3~50个乙二醇分子的缩合结构。
3.根据权利要求2所述低温高性能聚离子液体基准固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述溶剂为乙酸乙酯，或乙腈、四氢呋喃、无水乙醚、二氯甲烷、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永亚，张金平，魏伟，易礼兰，窦燕蒙，徐印东，刘欣，陈磊，
申请(专利权)人：商丘师范学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。