[发明专利]一种离子液体-超临界二氧化碳混合电解质、制备及电池

说明书

本发明涉及一种离子液体‑超临界二氧化碳混合电解质、制备及电池，属于锂电池领域。所述电解质由超临界态二氧化碳、离子液体和锂盐组成。所述电解质的制备方法为：在反应釜中加入锂盐和离子液体，然后加入超临界二氧化碳，充分搅拌混合，得到一种离子液体‑超临界二氧化碳混合电解质；其中，反应釜温度为10～80℃；压力为5～50MPa。所述方法简单易行，CO₂同时作为电池的电解质和正极活性物质，使电池成分相对简单，又解决了CO₂在常规电解质中传质差的问题。将超临界CO₂溶剂作为电解液组成成分，能有效地溶解电极上生成的难溶的Li₂CO₃，从而提高二次电池的可逆性。

技术领域

本发明涉及一种离子液体-超临界二氧化碳混合电解质、制备及电池，属于锂电池领域。

背景技术

超临界流体(Supercri tical Fluid，SCF)是指处于临界温度(Tc)与临界压力(Pc)以上的流体。在超临界状态下，流体兼有气液两相的双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和低的粘度,又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。超临界流体对体系压力及温度的变化十分敏感,尤其是在临界点附近，温度和压力的微小变化往往会导致超临界流体自身的物理性质以及对溶质的溶解度发生几个数量级的变化。常用的超临界流体有CO₂、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等，由于CO₂的临界温度、临界压力较易达到，而且化学性质稳定、无毒、无臭、无色、无腐蚀性，容易得到较纯产品，因此是最常用的超临界流体。

CO₂也是Li-CO₂电池的正极活性物质。Li-CO₂电池是建立在锂—空气电池的基础上提出的一种电池体系。在锂-空气电池的研究中，H₂O与CO₂相比大气中的其他成分对该电池的影响很大。防水膜或疏水的离子液体电解质可以减少水的影响，而在放电过程中，CO₂的存在会生成副产物Li₂CO₃，Li₂CO₃又可以在充电过程中被进一步分解。由此可见，CO₂能在可充放的锂电池中作为正极活性成分储能，从而被利用起来。Li-CO₂电池能量密度高、原材料成本低廉且结构简单，因而被认为是开发和利用可再生清洁能源的有力技术，在住宅能量存储、电动汽车驱动和智能电网等领域具备良好的应用前景。此外，CO₂等温室气体的大量排放是全球变暖的主要原因，Li-CO₂电池放电时可将空气中的CO₂还原固定，生成的碳材料可用作燃料和化工原料，在资源利用化上提供了新途径。作为一个比较新的电池体系，目前Li-CO₂电池还面临很多问题，其中，缺乏合适的电解质材料是限制其发展的重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离子液体-超临界二氧化碳混合电解质，所述电解质采用超临界二氧化碳同时作为正极活性物质和电解质组成成分，增加了二氧化碳在整个电池中的传质作用，且能有效地溶解电极上生成的难溶的放电产物Li₂CO₃，从而有效提高二次电池的可逆性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种离子液体-超临界二氧化碳混合电解质，所述电解质由超临界态二氧化碳、离子液体和锂盐组成。

优选的，所述锂盐为LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃、LiC(SO₂CF₃)₃和LiClO₄中的一种以上。