含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質及其制備方法與應用。所述凝膠聚合物電解質由P（VdF-HFP）、PPO2TFSI和LiTFSI制備而成，其中P（VdF-HFP）、PPO2TFSI、LiTFSI三者的摩爾比為1:1:1~3。本發明將具有低粘度、高電化學穩定性的含有酯基的功能化離子液體應用于凝膠聚合物電解質的制備，并將這種新型電解質與磷酸亞鐵鋰電極材料組裝成鋰離子電池。該電解質電化學窗口大于4.5V、室溫電導率為0.21×10-3~0.37×10-3S/cm-1、鋰離子遷移數為0.4~0.6，該聚合物電解質具有優異的電化學性能，與LiFePO4電極材料具有較好的相容性和穩定性。
【專利說明】含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質及其制備方法 與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種含有酯基的功能化離子液體的聚合物電解 質及其制備方法以及在鋰離子電池中的應用。
【背景技術】
[0002] 當前，國內外鋰離子電池大部分采用的是液態有機電解質，雖然采用有機電解液 的鋰離子電池具有良好的高充放電速率和低溫性能，但不可避免地存在著火、爆炸乃至人 員受傷等安全隱患。長期以來，人們在提高鋰離子電池的安全性上做了大量的工作。與有 機電解液相比，聚合物電解質在一定程度上提高了鋰離子電池的安全性，但由于目前研發 的聚合物電解質仍然使用了有機溶劑作為增塑劑，使這種凝膠聚合物電解質同樣存在著安 全問題。
[0003] 上個世紀七十年代末，離子液體首次作為電池的電解質使用。此后，人們對于離子 液體作為電解液使用的興趣越來越濃厚。所謂離子液體，是指在室溫及相近溫度下完全由 離子組成的有機液體物質，也稱為室溫熔融鹽。離子液體與一般的有機電解液相比，具有無 可燃性、無著火點、蒸汽壓低、熱穩定性高、電導率高、電化學窗口寬等特點，如果用離子液 體替代有機溶劑應用于聚合物電解質的制備，可以很好地解決鋰離子電池的安全性問題。 近年來，國內外學者開始了將離子液體應用于凝膠聚合物電解質的研究工作，但目前研究 的含有離子液體凝膠聚合物電解質與電極材料的相容性和穩定性仍存在較大的問題。
[0004] 功能化離子液體是通過在離子液體的陽離子或陰離子上引入官能團來實現的，如 引入胺基、醚基、腈基、酯基等。引入官能團能夠賦予離子液體特殊的性能，使功能化離子液 體具有許多傳統離子液體所不具有的特性，例如，可以通過引入特殊官能團來降低離子液 體的粘度、提高電化學穩定性和導電性等。因此，在制備聚合物電解質時引入功能化離子液 體，能夠解決凝膠聚合物電解質與電極材料的相容性和穩定性。
[0005] 目前，將含有酯基的功能化離子液體應用于聚合物電解質的制備并組裝鋰離子電 池還未見報道。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質及其制備 方法與應用，將具有低粘度、高電化學穩定性的含有酯基的功能化離子液體應用于凝膠聚 合物電解質的制備，并將這種新型電解質與磷酸亞鐵鋰電極材料組裝成鋰離子電池。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的： 一種含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質，由高分子聚合物：聚(偏氟乙烯-六 氟丙烯）（以下簡寫為P (VdF-HFP))、含酯基功能化離子液體：二(三氟甲基磺酰)亞胺N-甲 基-N-乙酸甲酯基哌啶（以下簡寫為PPO2TFSI)和鋰鹽：雙三氟甲磺酰亞胺鋰（以下簡寫為 1^丁卩51)制備而成，其中？（￥(^-冊？）、？?〇4?51、1^了?51三者的摩爾比為1:1:1?3，？?〇4卩51 的結構式如下：
【權利要求】
1. 一種含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質，其特征在于所述凝膠聚合物電解 質由高分子聚合物：聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、含酯基功能化離子液體：二(三氟甲基磺酰） 亞胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和鋰鹽：雙三氟甲磺酰亞胺鋰制備而成，其中聚(偏氟乙 烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰）亞胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和雙三氟甲磺酰亞胺 鋰三者的摩爾比為1:1:1?3。
2. 根據權利要求1所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亞胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和雙三氟 甲磺酰亞胺鋰三者的摩爾比為1:1:1。
3. 根據權利要求1所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亞胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和雙三氟 甲磺酰亞胺鋰三者的摩爾比為1:1:2。
4. 根據權利要求1所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亞胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和雙三氟 甲磺酰亞胺鋰三者的摩爾比為1:1:3。
5. -種權利要求1-4任一權利要求所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解 質的制備方法，其特征在于所述方法步驟如下： (1) 將聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）溶解于N-甲基毗咯烷酮溶劑中，在室溫下攪拌至溶液 完全澄清； (2) 向上述澄清液中加入雙三氟甲磺酰亞胺鋰和二(三氟甲基磺酰)亞胺N-甲基-N-乙 酸甲酯基哌啶，室溫下混合攪拌12~20h得到凝膠狀混合物； (3) 將上述凝膠狀混合物倒入聚四氟乙烯模具中，6(n〇0°C條件下真空干燥12~24h以 去除N-甲基毗咯烷酮，干燥后取出，即可得到離子液體凝膠聚合物電解質膜。
6. 根據權利要求5所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質的制備方法，其 特征在于所述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）與N-甲基毗咯烷酮的質量比為1:5~10。
7. 權利要求1-4任一權利要求所述的含酯基功能化離子液體的凝膠聚合物電解質在 與磷酸亞鐵鋰電極材料組裝成鋰離子電池中的應用。
【文檔編號】H01M10/0565GK104393340SQ201410594949
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】楊培霞, 侯俊, 張錦秋, 安茂忠 申請人:哈爾濱工業大學