[发明专利]一种固态化复合电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态化复合电解质及其制备方法，所述电解质为凝胶复合电解质，是一种新型锂离子传导固态化复合电解质，所述制备方法采用离子液体辅助溶胶-凝胶法同步合成，属于锂二次电池电解质技术领域。

背景技术

锂二次电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长以及环境污染少等优点，已经广泛应用于移动电话、数码产品及笔记本电脑等便携式电子设备中；同时，锂二次电池在电动汽车和航空航天等领域也有非常广阔的应用前景。当前，由于大功率动力电池和电子器件微小型化的迫切需要，电池的关键材料面临着新的挑战。电解质是锂二次电池的关键材料，对电池的比容量、工作温度范围、充放电循环效率及安全性有很大的影响。

传统锂二次电池一般采用有机溶剂添加锂盐作为液体电解质，其普遍存在着电解质漏液，易燃，易爆等安全隐患。为解决这些问题，学者们提出了固态电解质的概念。近年来，学术界和产业界对固态电解质产生了浓厚的兴趣和极大的期待。固态电解质总体可分为两类：一类是无机全固态电解质，它克服了液体电解质的漏液和易燃等安全问题，增强了电池结构设计多样性，但是其室温离子电导率普遍偏低，电化学窗口不宽，制备工艺复杂，这些都限制了它的实际应用。另一类是凝胶聚合物电解质，是由聚合物、增塑剂和锂盐通过一定的方式形成的具有微结构的聚合物网络，利用固定在微结构中的液态电解质实现离子传导，具有良好的加工性能，但其制备方法复杂，成本较高，在制备的过程中需要添加可燃性的增塑剂，存在一定的安全隐患。

为解决上述缺陷，现有报道一种新型复合电解质为介孔SiO₂网络复合离子液体电解质，已被成功应用于锂二次电池（F.Wu,G.Tan,R.Chen,L.Li,J.Xiangand Y.Zheng.Adv.Mater.2011,23,5081），但是所述电解质中介孔SiO₂网络作为骨架，用于将离子液体限制于其中，不具有离子传导功能，所述电解质中只有离子液体具有离子传导功能。

发明内容

针对现有技术中无机全固态电解质室温离子电导率偏低，电化学窗口不宽，制备方法复杂；凝胶聚合物电解质制备方法复杂，成本较高，存在安全隐患的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种固态化复合电解质，所述电解质为凝胶复合电解质。

本发明的目的之二在于提供一种固态化复合电解质的制备方法，所述方法采用离子液体辅助溶胶-凝胶法，可在一种方法的不同步骤分别制备得到原位凝胶复合电解质、全固态电解质或非原位吸附型凝胶复合电解质，所述方法简单、低耗节能且绿色环保。

本发明的目的主要通过下述技术手段实现。

一种固态化复合电解质，所述电解质为凝胶复合电解质，由多孔无机电解质网络复合离子液体构成。

所述凝胶复合电解质可为原位凝胶复合电解质，由多孔无机电解质网络原位限制离子液体构成；其中，多孔无机电解质与离子液体的质量之比可为9:1～1:9。

所述凝胶复合电解质可为非原位吸附型凝胶复合电解质，由多孔无机电解质网络非原位限制离子液体构成；可由多孔无机电解质网络吸附离子液体构成；其中，多孔无机电解质与离子液体的质量之比可为9:1～3:7。

所述凝胶复合电解质中的多孔无机电解质网络可为Li-M-P-O体系，其中M为Si、Ti或Al中的一种或一种以上。

一种本发明所述的固态化复合电解质的制备方法，所述方法步骤如下：

（1）制备原位凝胶复合电解质

在惰性气体保护下，将锂盐A加入离子液体中溶解形成离子液体电解质，将元素源混合后加入甲酸搅拌，得到混合溶液，随后将混合溶液加入离子液体电解质中混合，静置得到凝胶复合物；将凝胶复合物真空干燥后得到原位复合凝胶电解质；

其中，所述锂盐A为锂二次电池电解质常规使用的锂盐，优选为六氟磷酸锂（LiPF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、高氯酸锂（LiClO₄）、三氟甲基磺酰亚胺锂（LiFSI）、双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）、双硼酸锂（LiBOB）、双氟草酸硼酸锂（LiODFB）或碘化锂（LiI）中的一种或一种以上；