[发明专利]一种具有半互穿网络结构的离子凝胶电解质及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种具有半互穿网络结构的离子凝胶电解质及其制备方法和用途，所述离子凝胶电解质包括第一骨架材料、锂盐、交联剂、增塑剂和第二骨架材料；其中，所述增塑剂选自离子液体；所述第一骨架材料的原料选自聚离子液体，所述聚离子液体在交联剂作用下进行化学交联，本发明是利用聚离子液体与高分子材料形成半互穿网络结构，制备了具有优异性能的离子凝胶电解质。所述离子凝胶电解质不仅具有良好的机械性能，同时还具有安全性高、不易燃、不挥发、导电率优异、柔韧性好等优点，有望替代传统电解液，在新一代锂离子电池中得到广泛应用。本发明制备得到的离子凝胶聚电解质作为锂离子电池的电解质使用，适用于不同种类的锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种具有半互穿网络结构的离子凝胶电解质及其制备方法和用途。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，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。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。

聚离子液体作为一类新型的功能性聚合物材料，由离子液体的重复单元构成。与离子液体相比，聚离子液体不仅包含了离子液体自身的优点(高的电导率、良好的化学和电化学稳定性、不易燃性等)，同时还兼具了聚合物的易加工性和结构可调控性等优点。通过将离子液体与聚离子液体共混制备离子凝胶电解质已经被广泛研究，该类凝胶电解质材料具有不易燃，不挥发，不易泄露，热稳定性好等优点，但是通过这种方法制备的离子凝胶电解质往往存在机械性能差，电导率低等缺点。因此需要构建具有高机械强度，高电导率的离子凝胶电解质。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有半互穿网络结构的离子凝胶电解质及其制备方法和用途，所述离子凝胶电解质具有高的电导率、良好机械性能。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种离子凝胶电解质，所述离子凝胶电解质包括第一骨架材料、锂盐、增塑剂和第二骨架材料；所述第一骨架材料由聚离子液体在交联剂作用下发生化学交联而得到；第二骨架材料穿插在第一骨架材料内；所述锂盐溶解于增塑剂中并分散于第一骨架材料和第二骨架材料中；

其中，所述增塑剂选自离子液体；

其中，所述的聚离子液体包括式I和式II所示的重复单元：

式I中，R₂、R₃、R₄相同或不同，彼此独立地选自H、C_1-6烷基；R₆选自*表示连接点，R₁选自H、C_1-6烷基，X^n-、Y^n-相同或不同，彼此独立地选自阴离子，n为所述阴离子的价态数；

式II中，R’₂、R’₃、R’₄相同或不同，彼此独立地选自H、C_1-6烷基；R’₆选自*表示连接点，R’₅选自C_1-6亚烷基；X₁^n-、Y₁^n-相同或不同，彼此独立地选自阴离子，n为所述阴离子的价态数。

根据本发明，式I中，X、Y相同或不同，彼此独立地选自TFSI、FSI、Tf或PF₆；