本发明专利技术公开一种锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用。将聚合物溶解于有机溶剂中，再加入去离子水和无机陶瓷材料，得到凝胶液体；将未活化的支撑体浸泡于前述凝胶液体中，取出后晾干，制备得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜；将锂盐溶解于离子液体中，加入成膜添加剂，得到能将聚合物隔膜凝胶化的离子液体基电解液；将前述抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜干燥后，再浸泡在前述离子液体基电解液中，得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质。该制备方法简单，得到的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质的安全性能、机械强度以及电化学性能得到提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用。
技术介绍
节能和环保的要求促进了新能源的发展。作为新能源发展方向的储能装置，可循环使用的二次电池扮演了主要角色。相对于铅酸电池及镍氢电池，二次锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、循环性能好等无可比拟的优点，被广泛应用于可携带的能源装置中。目前商业化的锂离子电池普遍采用液态易燃、易挥发的有机溶剂作为电解质，但使用液态电解质背后引发的安全性问题越来越引起锂电工作者的重视。凝胶聚合物电解质(GPE) 结合了液态电解质的高电导率及固态电解质的高安全性，所以问世以来就充当“安全使者” 作为液态电解质的替代者。GPE由锂盐、聚合物基体及增塑剂(有机溶剂，目前广泛采用液态电解质的溶剂分子)三部分组成。聚合物基体目前制备方法包括聚合物自支撑成膜和多孔骨架膜支撑聚合物成膜，但是自支撑膜的机械强度较差，很难忍受工业生产中如卷绕工艺等的苛刻条件。所以，商业化的聚合物锂离子电池一般使用机械强度较高的支撑膜支撑聚合物形成聚合物隔膜，但是隔膜的热收缩导致正负极直接接触而引发的安全事故时有发生。虽然使用聚合物基体将有机的溶剂分子吸附形成凝胶体可以最大程度限制电解液的移动或渗漏，但使用有机的溶剂分子或增塑剂仍是高闪点、易燃物质，还存在安全隐患，必须从源头上解决安全性问题。离子液体(又称室温熔融盐)是完全由离子组成的在温室或低温下呈液态的盐， 一般由有机阳离子和无机阴离子组成，作为溶剂使用时具有电导率高、蒸气压低、不燃不爆炸、电化学稳定性好等优点，用作可替代易燃、易挥发的有机溶剂的新型绿色溶剂引起了研究者的广泛兴趣。目前应用于锂离子电池的室温离子液体主要有咪唑类、季铵盐类、吡咯类、哌啶类等。咪唑类离子液体虽然液体粘度较低，电导率较高，但电化学窗口较窄、石墨负极的充放电效率较低，即使使用金属锂作为负极时稳定性仍较差。与咪唑阳离子离子液体电解液相比，季铵盐类的电化学窗口虽然大于5V，金属锂可以在其中稳定存在。但在首次充电过程中季铵阳离子会先于锂离子嵌入石墨层间，阻碍了锂离子嵌层反应的发生，使得其不能进行可逆嵌、脱锂反应。吡咯和哌啶阳离子类离子液体属于环状季铵型离子液体，其在结构和物化性能方面与链状季铵类离子液体相似，它们用作锂二次电池电解液时具有与链状季铵类离子液体电解液类似的性能。专利号为200910066474.5的中国专利技术专利公开了 “原位聚合制备离子液体型凝胶聚合物电解质及电池的方法”，该专利采用丙烯腈和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为单体，碳酸乙烯酯为有机增塑剂，偶氮二异丁腈为引发剂，高氯酸锂为锂盐，并加入离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为电解质的组分，采用自由基引发，原位聚合的方式制备离子液体基凝胶聚合物电解质，离子电导率最高仅仅为1.72X 10_4S cm—1。申请号为 200910304356. 3的中国专利技术专利申请公开了“锂离子电池凝胶型离子液体/聚合物电解质及其制备方法”，该专利技术的电解质由高分子聚合物、咪唑类离子液体和锂盐通过延流法制备得到，解决了咪唑类离子液体与锂离子电池负极材料相容性较差的问题，但离子电导率最高仅仅为0. 53X IO-3S · cnT1，而且不使用支撑体支撑，机械强度较差，不利于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的离子电导率高、机械强度好、热稳定性好、化学稳定性好、且抗热收缩的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质。本专利技术的再一目的在于提供所述的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现一种锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质，由聚合物隔膜、锂盐和离子液体组成，其制备方法包括下述步骤(1)在惰性气体气氛下，将聚合物和有机溶剂按质量比(0.5 10) (90 99. 5) 混合，接着加入相当于有机溶剂质量1 50%的去离子水作为非溶剂，同时添加相当于聚合物质量的50 200%的无机陶瓷材料，于30 50°C搅拌至聚合物完全溶解，得到凝胶液体；(2)将未活化的支撑体浸泡于步骤(1)所得到的凝胶液体中，取出后自然晾干，即制备得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜； (3)将锂盐溶解于离子液体中，加入成膜添加剂，得到能将聚合物隔膜凝胶化的离子液体基电解液；(4)将步骤( 得到的抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜于 40 55°C下真空干燥10 20小时后，再浸泡在步骤C3)制备的离子液体基电解液中，得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质。为更好的实现本专利技术步骤(1)中，优选为以下条件所述的惰性气体为氮气或氩气中的一种或两种；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈)、聚(甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-乙酸乙烯酯)或聚(甲基丙烯酸正丁酯-苯乙烯)中的至少一种；所述的聚(甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯)可通过专利号为ZL200610123986. 7、 名称为“一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制备方法及其应用”中的制备方法得到；所述的聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-乙酸乙烯酯)可通过专利号为 ZL200810029569. 5、名称为“自支撑的锂离子电池凝胶聚合物电解质、其专用聚合物及其制备方法和应用”中的制备方法得到；所述的聚(甲基丙烯酸正丁酯-苯乙烯)可通过专利号为ZL 200810219235. 4、名称为“一种自支撑的锂离子电池凝胶聚合物电解质及其制备方法”中的制备方法得到；所述的有机溶剂为丙酮、N-N 二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的至少一种；所述的去离子水用于造孔，这是由于相转移法需要溶剂和非溶剂才能利用熔沸点不同进行造孔；所述的无机陶瓷材料为纳米及微米级别的Si02、Al203、Sn02、Ca0Jr02、Ti02、Ce02、 Fe3O4, LiAlO2, CaCO3> BaTi03、LiTiPO4、稀土、粘土或沸石中的至少一种；步骤O)中，优选为以下条件所述的未活化的支撑体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙烯-乙烯-丙烯 (PP-PE-PP)三层复合隔膜或无纺布；所述的浸泡的时间优选为10 20分钟；步骤(3)中，优选为以下条件所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺基锂、双草酸硼酸锂、草酸双氟硼酸锂、高氯酸锂、二全氟烷基三氟磷酸锂等其中一种或几种的混合物；所述的离子液体包括N-甲基-N- 丁基吡咯-双三氟甲基磺酰亚胺(PYR14TFSI)、 N-甲基-N-丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺(PYR13TFSI)、N-甲基-N- 丁基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺(PY14TFSI)、N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺(PP13TFSI)、 N-甲基-N- 丁基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺(PP14TFSI)、1_乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺(EMITFSI)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(B本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括下述步骤：（１）在惰性气体气氛下，将聚合物和有机溶剂按质量比（０．５～１０）∶（９０～９９．５）混合，接着加入相当于有机溶剂质量１～５０％的去离子水作为非溶剂，同时添加相当于聚合物质量的５０～２００％的无机陶瓷材料，于３０～５０℃搅拌至聚合物完全溶解，得到凝胶液体；（２）将未活化的支撑体浸泡于步骤（１）所得到的凝胶液体中，取出后自然晾干，即制备得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜；（３）将锂盐溶解于离子液体中，加入成膜添加剂，得到能将聚合物隔膜凝胶化的离子液体基电解液；（４）将步骤（２）得到的抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池聚合物隔膜于４０～５５℃下真空干燥１０～２０小时后，再浸泡在步骤（３）制备的离子液体基电解液中，得到抗热收缩的掺杂无机陶瓷材料的锂离子电池离子液体基凝胶聚合物电解质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖友好，李小平，饶睦敏，李伟善，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81
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