[发明专利]一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池

说明书

本发明涉及一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池，属于锂电池电解质材料技术领域。所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体混合物构成；所述阵列是由含锆的酯类有机物在超纯水作用下原位水解制得，表面呈多孔结构，内部分布均匀有垂直而有序的纳米孔道。所述纳米孔道为锂离子传输提供有序的直线通道，缩短离子的传输距离和时间。所述电解质由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解复合离子液体而制得；离子液体的复合使得电解质具有高的热稳定性，同时降低锂离子的传输势垒，提高离子电导率；所述方法操作简单、原料易得、绿色环保且易实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米多孔阵列状固态化电解质、制备方法及锂电池，属于锂电池电解质材料技术领域。

背景技术

传统锂二次电池一般采用有机液态电解质，这就不可避免地在锂二次电池体系中引入了易挥发、易燃及易爆的有机溶剂，成为电池严重的安全隐患。与液态电解质相比，固态电解质在热稳定性、化学稳定性、安全性以及电化学性能等方面尤为突出。因此，采用固态电解质代替传统有机液态电解质，有望从根本上解决电池的安全性问题。

就目前常规研究的锂离子固态电解质而言，无论是聚合物固态电解质还是无机固态电解质，锂离子在其内部的传输都要跃过较高的迁移势垒，并且要经过非直线式的传输通道，这些都在很大程度上降低了锂离子传输速率，延长了传输距离和传输时间。

现有报道一种介孔SiO₂网络复合离子液体的新型复合电解质(Adv.Mater.2011,23,5081–5085)，该电解质的固体骨架是由SiO₂无序排列而成的网络结构，锂离子在其内部的传输路径交叉错杂。针对上述问题，确有必要合成一种可以为锂离子提供垂直有序传输路径的固态电解质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种纳米多孔阵列状固态化电解质，所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列组成，有垂直而有序的纳米孔道，为锂离子的传输提供有序的直线通道，缩短离子的传输距离和传输时间。

本发明的目的之二在于提供一种纳米多孔阵列状固态化电解质的制备方法，所述电解质由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解复合离子液体而制得；离子液体的复合使得电解质具有高的热稳定性，同时降低锂离子的传输势垒，提高离子电导率。

本发明的目的之三在于提供一种锂电池，所述锂电池的电解质为本发明所述的一种纳米多孔阵列状固态化电解质，其安全性高，优选所述锂电池为锂二次电池。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种纳米多孔阵列状固态化电解质，所述电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体的混合物构成；

所述多孔纳米阵列是由含锆的酯类有机物在超纯水的作用下通过原位水解制得，表面呈多孔结构，内部分布均匀有垂直而有序的纳米孔道，为锂离子的传输提供有序的直线通道；优选所述纳米孔道的孔径为50nm～200nm。

所述离子液体为锂电池领域中常规使用的离子液体；优选所述离子液体为N-甲基,丙基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基吡咯双氟甲磺酰亚胺盐和N-甲基,丁基吡咯双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基,丙基哌啶双氟甲磺酰亚胺盐和N-甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐中的一种以上。