含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用。所述凝胶聚合物电解质由P（VdF-HFP）、PPO2TFSI和LiTFSI制备而成，其中P（VdF-HFP）、PPO2TFSI、LiTFSI三者的摩尔比为1:1:1~3。本发明将具有低粘度、高电化学稳定性的含有酯基的功能化离子液体应用于凝胶聚合物电解质的制备，并将这种新型电解质与磷酸亚铁锂电极材料组装成锂离子电池。该电解质电化学窗口大于4.5V、室温电导率为0.21×10-3~0.37×10-3S/cm-1、锂离子迁移数为0.4~0.6，该聚合物电解质具有优异的电化学性能，与LiFePO4电极材料具有较好的相容性和稳定性。
【专利说明】含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质及其制备方法 与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池领域，涉及一种含有酯基的功能化离子液体的聚合物电解 质及其制备方法以及在锂离子电池中的应用。
【背景技术】
[0002] 当前，国内外锂离子电池大部分采用的是液态有机电解质，虽然采用有机电解液 的锂离子电池具有良好的高充放电速率和低温性能，但不可避免地存在着火、爆炸乃至人 员受伤等安全隐患。长期以来，人们在提高锂离子电池的安全性上做了大量的工作。与有 机电解液相比，聚合物电解质在一定程度上提高了锂离子电池的安全性，但由于目前研发 的聚合物电解质仍然使用了有机溶剂作为增塑剂，使这种凝胶聚合物电解质同样存在着安 全问题。
[0003] 上个世纪七十年代末，离子液体首次作为电池的电解质使用。此后，人们对于离子 液体作为电解液使用的兴趣越来越浓厚。所谓离子液体，是指在室温及相近温度下完全由 离子组成的有机液体物质，也称为室温熔融盐。离子液体与一般的有机电解液相比，具有无 可燃性、无着火点、蒸汽压低、热稳定性高、电导率高、电化学窗口宽等特点，如果用离子液 体替代有机溶剂应用于聚合物电解质的制备，可以很好地解决锂离子电池的安全性问题。 近年来，国内外学者开始了将离子液体应用于凝胶聚合物电解质的研究工作，但目前研究 的含有离子液体凝胶聚合物电解质与电极材料的相容性和稳定性仍存在较大的问题。
[0004] 功能化离子液体是通过在离子液体的阳离子或阴离子上引入官能团来实现的，如 引入胺基、醚基、腈基、酯基等。引入官能团能够赋予离子液体特殊的性能，使功能化离子液 体具有许多传统离子液体所不具有的特性，例如，可以通过引入特殊官能团来降低离子液 体的粘度、提高电化学稳定性和导电性等。因此，在制备聚合物电解质时引入功能化离子液 体，能够解决凝胶聚合物电解质与电极材料的相容性和稳定性。
[0005] 目前，将含有酯基的功能化离子液体应用于聚合物电解质的制备并组装锂离子电 池还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质及其制备 方法与应用，将具有低粘度、高电化学稳定性的含有酯基的功能化离子液体应用于凝胶聚 合物电解质的制备，并将这种新型电解质与磷酸亚铁锂电极材料组装成锂离子电池。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质，由高分子聚合物：聚(偏氟乙烯-六 氟丙烯）（以下简写为P (VdF-HFP))、含酯基功能化离子液体：二(三氟甲基磺酰)亚胺N-甲 基-N-乙酸甲酯基哌啶（以下简写为PPO2TFSI)和锂盐：双三氟甲磺酰亚胺锂（以下简写为 1^丁卩51)制备而成，其中？（￥(^-册？）、？?〇4?51、1^了?51三者的摩尔比为1:1:1?3，？?〇4卩51 的结构式如下：
【权利要求】
1. 一种含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质，其特征在于所述凝胶聚合物电解 质由高分子聚合物：聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、含酯基功能化离子液体：二(三氟甲基磺酰） 亚胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和锂盐：双三氟甲磺酰亚胺锂制备而成，其中聚(偏氟乙 烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰）亚胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和双三氟甲磺酰亚胺 锂三者的摩尔比为1:1:1?3。
2. 根据权利要求1所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亚胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和双三氟 甲磺酰亚胺锂三者的摩尔比为1:1:1。
3. 根据权利要求1所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亚胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和双三氟 甲磺酰亚胺锂三者的摩尔比为1:1:2。
4. 根据权利要求1所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质，其特征在于所 述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、二(三氟甲基磺酰)亚胺N-甲基-N-乙酸甲酯基哌啶和双三氟 甲磺酰亚胺锂三者的摩尔比为1:1:3。
5. -种权利要求1-4任一权利要求所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解 质的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下： (1) 将聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）溶解于N-甲基毗咯烷酮溶剂中，在室温下搅拌至溶液 完全澄清； (2) 向上述澄清液中加入双三氟甲磺酰亚胺锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺N-甲基-N-乙 酸甲酯基哌啶，室温下混合搅拌12~20h得到凝胶状混合物； (3) 将上述凝胶状混合物倒入聚四氟乙烯模具中，6(n〇0°C条件下真空干燥12~24h以 去除N-甲基毗咯烷酮，干燥后取出，即可得到离子液体凝胶聚合物电解质膜。
6. 根据权利要求5所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质的制备方法，其 特征在于所述聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）与N-甲基毗咯烷酮的质量比为1:5~10。
7. 权利要求1-4任一权利要求所述的含酯基功能化离子液体的凝胶聚合物电解质在 与磷酸亚铁锂电极材料组装成锂离子电池中的应用。
【文档编号】H01M10/0565GK104393340SQ201410594949
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】杨培霞, 侯俊, 张锦秋, 安茂忠 申请人:哈尔滨工业大学