一种封装离子液体的复合介孔二氧化硅及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种封装离子液体的复合介孔二氧化硅(IL/SiO2)及其制备和应用，IL/SiO2是1-羧甲基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(离子液体，简写IL)与介孔二氧化硅形成的复合物，介孔二氧化硅经扩孔剂扩孔，孔径范围在10-15nm，上述IL/SiO2应用于锂离子电池的全固态聚合物电解质中，原料包括以下重量份的组分：羧基丁腈橡胶100份，硫化剂2.0～3.0份，锂盐20～60份，IL/SiO20.1～30份。与现有技术相比，本发明应用在聚合物电介质中能够有效增溶锂盐，从而提供锂离子迁移通道。应用本发明制备的聚合物电解质具有较高室温电导率，同时具有优良的力学性能。
【专利说明】-种封装离子液体的复合介孔二氧化括及其制备和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及裡离子电池的全固态聚合物电解质领域，尤其是设及一种封装离子液 体的复合介孔二氧化娃及其在聚合物电解质中的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来聚合物电解质作为改善裡离子电池性能的重要材料引起了广泛关注。聚合 物电解质克服了液体电解质存在的易漏液、短路等问题，同时还弥补了无机固体电解质电 导率低、成膜性差的不足。当前聚合物电解质分为全固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解 质，前者是由聚合物本体与盐或加无机填料所构成的体系，由于裡盐溶解有限，电导率通常 不高；后者是加入液体增塑剂后类似凝胶的一类聚合物电解质，与全固态聚合物电解质相 比，体系中含有小分子量的液体溶剂，具有很高的离子电导率，但机械性能较差。
[0003] 离子液体（Ionic Liquid, IL)是由有机正离子和无机或有机负离子构成的、在室 温或室温附近呈现液态的有机盐类，因此又称室温烙融盐。因其具有较高的电导率、较宽的 电化学稳定窗口及对裡盐有很好的溶解性而被引入到聚合物电解质中W提高聚合物电解 质的离子电导率，但通过物理共混引入的离子液体容易从电介质中迁移出来，造成聚合物 电解质电化学性质不稳定，并且该种凝胶聚合物电介质如前所述机械性也比较差。
[0004] Solid State Ionics在2003年164期81-86页报道了娃烧偶联剂改性的二氧化 娃能明显提高聚氧化己締/裡盐聚合物电解质体系的电导率。Eu巧ean Polymer Journal 在2014年53期139-146页报道了 Anna Marzec等人通过溶液共混法制备了了膳橡胶/二 氧化娃/离子液体复合材料，研究发现，离子液体明显改善了膳橡胶的电导率和力学性能。 当离子液体负载量达到30p虹时，复合材料的电导率达到l(T 5S/cm。如此高负载量的离子液 体通过物理共混方法加入电解质体系，可能从中迁移出来，造成电解质电化学性质不稳定。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在室温中也具 有很高的电导率、聚合物电解质电化学性质稳定、力学性能较好的封装离子液体的复合介 孔二氧化娃及其制备和应用。
[0006] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0007] 一种封装离子液体的复合介孔二氧化娃，是1-駿甲基-3-甲基咪挫双=氣甲烧横 酷亚胺盐与介孔二氧化娃形成的复合物（IL/Si化），
[000引所述的1-駿甲基-3-甲基咪挫双S氣甲烧横酷亚胺盐的结构式为：
[0009]
【权利要求】
1. 一种封装离子液体的复合介孔二氧化硅，其特征在于，该复合介孔二氧化硅是1-羧 甲基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐与介孔二氧化硅形成的复合物， 所述的1-羧甲基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的结构式为：
所述的介孔二氧化硅经扩孔剂扩孔，孔径范围在l〇_15nm。
2. 根据权利要求1所述的一种封装离子液体的复合介孔二氧化硅，其特征在于，所述 的介孔二氧化硅的扩孔采用以下步骤： (1) 将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物（P123)、12mol/LHCl水溶液、去离 子水在40°C下搅拌至P123完全溶解，加入1，3,5_三甲苯作为扩孔剂，继续搅拌4h: (2) 加入正硅酸乙酯继续搅拌24h，将温度升至90°C，停止搅拌，晶化24h，抽滤分离后 用去离子水和乙醇洗涤，在130°C下抽提24h，将抽提后的粉末置于真空烘箱80°C下干燥 4h，得到扩孔后的介孔SiO2。
3. 根据权利要求2所述的一种封装离子液体的复合介孔二氧化硅，其特征在于，聚氧 乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、1，3, 5-三甲苯、正硅酸乙酯、HCl水溶液、去离子水 的重量比为 1 : 0.5 : 1.5-2 : 4-5 : 20-30。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的制备方法，其 特征在于，采用以下步骤： 将介孔SiO2分散于丙酮溶剂中超声分散2h，将1-羧甲基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺 酰亚胺盐溶解于丙酮溶剂中，将二者混合后于80°C下回流搅拌10h，抽滤分离后用甲醇洗 涤数次，抽提后的粉末置于真空烘箱60°C下干燥6h，得到封装离子液体的复合介孔二氧化 硅IL/Si02。
5. 根据权利要求4所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的制备方法，其特征 在于，1-羧甲基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、介孔Si02&丙酮溶剂的重量比为 1 : 0.005-0.02 : 15-30。
6. 如权利要求1-3中任一项所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的应用，其特征 在于，该复合介孔二氧化硅应用于锂离子电池的全固态聚合物电解质中，上述电解质的原 料采用以下组分及重量份含量： 羧基丁腈橡胶 100； 硫化剂 2.0?3.0; 锂盐 20 ~ 60; 复合介孔二氧化硅 0.1?30。
7. 根据权利要求6所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的应用，其特征在于，所 述的羧基丁腈橡胶的门尼粘度ML1+4在KKTC时为40?50,羧基丁腈橡胶的丙烯腈含量为 27?29wt%，，羧基含量为5?7wt%。
8. 根据权利要求6所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的应用，其特征在于，所 述的硫化剂为过氧化二异丙苯。
9. 根据权利要求6所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的应用，其特征在于，所 述的锂盐为双三氟甲黄酰亚胺锂，结构式如下：
10. 根据权利要求6所述的封装离子液体的复合介孔二氧化硅的应用，其特征在于，全 固态聚合物电解质采用以下方法制备得到： (1) 将羧基丁腈橡胶、硫化剂、锂盐按配方溶解于丁酮溶剂中； (2) 将复合介孔二氧化硅使用丁酮溶剂超声分散Ih; (3) 将上述组分混合，机械搅拌10h，混合物平铺于表面皿中常温蒸发，待溶液挥发干 后，在辊温为20?40°C的双辊开炼机上1?5min，然后控制硫化温度150?160°C，硫化时 间10?20min，采用压板硫化机进行硫化处理，制备得到全固态聚合物电解质。
【文档编号】H01M10/056GK104466237SQ201410748717
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】陆艳博, 林琼, 任文坛, 张勇 申请人:上海交通大学