[发明专利]一种具有修复损伤能力的离子凝胶聚合物电解质、制备方法及其应用

说明书

一种具有修复损伤能力的离子凝胶聚合物电解质、制备方法及其作为电解质在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池聚合物电解质技术领域。本发明利用含有能够形成可逆相互作用交联的聚离子液体材料作为骨架，与离子液体、锂盐混合并热压成型，得到离子凝胶电解质。该离子凝胶电解质不仅具有高的电导率、不易燃性和良好的机械性能，同时由于采用可逆相互作用交联，得到的离子凝胶电解质隔膜能够能够在一定温度下，实现对破损的修复，有效的防止锂离子电池因电解质层破损出现短路等事故，提高了锂离子电池的安全性和可靠性，并延长了使用寿命，该离子凝胶电解质有望替代传统有机电解液，作为新一代电解质材料在锂离子电池中广泛应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池聚合物电解质技术领域，具体涉及一种具有修复损伤能力的离子凝胶聚合物电解质、制备方法及其作为电解质在锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池已经被广泛应用于各类电子设备和电动汽车中，如何构建高能量密度、高安全性和可靠性以及优异的循环稳定性的锂离子电池，仍然是研究者们需要克服的一个主要问题(Nature 2001,414,359–367)。通常，锂离子电池主要由正、负极层和中间的电解质层构成。其中，电解质层是锂离子电池的主要组成部分，目前使用最广泛的电解质材料是利用隔膜浸泡有机电解液获得，但此类电解质材料存在着易燃、易挥发、易泄露等缺点，不利于锂电池的安全性，因此需要开发新型全固态或者半固态(凝胶)电解质解决。此外，随着柔性器件以及可穿戴等电子设备的兴起，作为供电装置的锂离子电池在使用过程中也会面临反复的弯折、压缩、碰撞等，容易使电解质隔膜产生裂痕等损伤，这些损伤如果不及时被修复，会导致电池容量的衰减甚至引发短路等事故。因此，有必要发展能够及时修复损伤的电解质隔膜材料，提高电池的可靠性和安全性。

自修复材料作为一种新型的智能材料，能够及时修复材料在使用过程中产生的裂纹等损伤，提高材料的使用寿命和可靠性，降低材料的使用成本。近十年来，自修复材料被广泛的研究，取得了一系列的进展。其中，自修复材料在锂离子电池中的应用受到了人们的关注，例如：Peng等利用可修复的聚合物材料作为基底，制备了一种具有修复性能的水系锂离子电池。这种锂电池切开后可以很好修复，并且修复5次后，运行100周期后，电池的放电容量仍然保持为原来的69.3％(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,1–6)；Cui等利用自修复材料作为硅负极粘结剂，该粘结剂能够及时修复Si电极在嵌锂过程中，因体积的膨胀对电极造成的损伤，提高硅电池的循环稳定性(Nature Chemistry 2013,5,1042–1048；Adv.EnergyMater.2018(Doi:10.1002/aenm.201703138))；此外，Cui等利用自修复材料在锂金属表面构建人工SEI膜，使锂离子能够均匀的沉积，有效抑制了锂枝晶的产生，提高了锂金属电池的循环稳定性(ACS Energy Lett.2016,1,1247–1255)。以上这些工作都是将自修复材料应用于锂离子电池的电极上，有效的提高了电池的使用寿命和可靠性，但对于自修复电解质材料的研究尚未有报道，尽管电解质的破损会直接导致电池的失效甚至发生短路而引发严重的安全事故。因此，开发具有自修复性能的电解质材料，对于发展高安全性和柔性的锂离子二次电池具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有修复损伤能力的离子凝胶聚合物电解质、制备方法及其作为电解质在锂离子电池中的应用。

本发明提供的离子凝胶聚合物电解质包括聚离子液体骨架材料、锂盐和离子液体。其中，离子液体和锂盐均匀的分散在聚离子液体骨架材料中，其制备步骤如下：