一种双官能团离子液体电解液的制备方法与流程

本发明涉及电解液、金属离子电池等领域，尤其涉及一种双官能团离子液体电解液及制备方法与应用。

背景技术：

1、固体电解质界面(sei)形成于负极和电解质之间的界面，通常是由电解质成分(溶剂、离子或添加剂)的还原和分解产生的，这对电池性能有显著的影响。钾电池尤其需要一种优良的sei。与锂相比，钾电池由于成本较低、储量丰富、全球分布更广而备受关注。然而，钾具有较高的化学活性和更大的原子半径，导致更严重的副反应和更大的体积变化，这使得sei更难稳定。不稳定的sei不能有效钝化电极表面，保持电极结构完整性，导致sei不断更新，库仑效率低，电解质消耗严重，电池性能迅速下降。因此，开发在钾电池中表现良好的先进sei至关重要。

2、传统电解质形成的sei主要由溶剂分解产生的有机组分组成，不够均匀，无法有效钝化电极表面。因此，电解液在循环过程中不断分解，导致库仑效率低，阻抗增加，电池循环性能迅速。近年来，高浓度和局部高浓度电解质备受关注，大量阴离子改变了溶剂化结构和还原优先级，使电极表面的阴离子优先分解，形成富含无机的sei。与富有机sei相比，富无机sei更加均匀。它对电极表面有更好的钝化效果，从而提高循环性能和库仑效率。然而，富含无机的sei相对脆弱，容易受到应力诱导开裂的影响，从而对电池的长期循环性能产生不利影响。因此，与有机或无机sei相比，人工聚合物sei不仅均匀，而且具有弹性，已成为研究者关注的焦点。该人工聚合物sei在循环过程中能够有效钝化电极表面，同时保持其结构完整性，从而获得了优异的电池性能。但缺点是人工聚合物sei无疑增加了其制备方法的复杂性，这是不可取的。因此，现有技术存在不足。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种双官能团离子液体电解液，其采用功能化离子液体单体，如1-烯丙基-3-乙烯基咪唑双(氟磺酰基)酰亚胺(avimfsi)作为溶剂，其中官能团在循环过程中接收电子并聚合生成含聚合物的sei。原位电聚合法(isep-sei)形成的sei均匀，弹性高。其还可以有效地钝化电极表面，同时保持其结构的完整性。

2、一种双官能团离子液体电解液的制备方法

3、步骤一，制备1-烯丙基-3-甲基咪唑双(氟磺酰基)酰亚胺(avimfsi)离子液体:所述制备1-烯丙基-3-甲基咪唑双(氟磺酰基)酰亚胺(avimfsi)离子液体采用简单的阴离子交换反应制备，过程包含：将kfsi(双氟磺酰亚胺钾)和avimbr(1烯丙基3甲基咪唑溴盐)按0.43:0.39的摩尔比溶于去离子水中并搅拌均匀，接着将得到的油相用去离子水清洗多次，然后在80℃真空干燥箱中干燥24h。

4、步骤二，制备一定浓度双官能团离子液体电解液:将碱金属盐电解质溶解到avimfsi离子液体中充分混合均匀。

5、进一步的，所述碱金属盐为kfsi或lifsi中的一种。

6、进一步的，所述双官能团离子液体电解液浓度为1-4m。

7、一种碱金属电池，包含正极、负极、电解液和隔膜，所述电解液为所述双官能团离子液体电解液。

8、进一步的，所述碱金属电池为钾金属电池、锂金属电池中的一种。

9、进一步的，所述钾金属电池的电极制备过程包含：

10、正极：普鲁士蓝正极制备过程，在n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)(ar,99％,aladdin)溶液中混合重量比为6：3：1的普鲁士蓝材料：ketjen黑导电剂：pvdf粘合剂，并充分搅拌12小时以上，然后将浆料涂布在铜箔集流体上，再在80℃温度下烘烤干燥24小时得到正极；其中，正极的活性材料负载量约为1.0mg cm-2；

11、负极：石墨负极制备过程，将天然石墨、super p和聚偏氟乙烯(pvdf)粘合剂的料浆(按8:1:1的比例)涂在铜箔集流体上制备石墨负极，然后在80℃下真空干燥12小时；其中，石墨负极的面积负载量约为1.0mg cm-2。

12、进一步的，所述锂金属电池的电极制备过程包含：

13、正极：将磷酸铁锂(lifepo4)、super p和聚偏氟乙烯(pvdf)粘合剂的料浆(按8:1:1的比例)涂在铜箔集流体上制备磷酸铁锂正极，然后在80℃下真空干燥12小时；其中，磷酸铁锂正极的面积负载量约为2.0mg cm-2。

14、本发明采用功能化离子液体单体，如1-烯丙基-3-乙烯基咪唑双(氟磺酰基)酰亚胺(avimfsi)作为溶剂，其中官能团在循环过程中接收电子并聚合生成含聚合物的sei。原位电聚合法(isep-sei)形成的sei均匀，弹性高。重要的是，它可以有效地钝化电极表面，同时保持其结构的完整性。试验结果表明:(i)isep-sei钾对称金属电池在1000h内表现出稳定的电镀/剥离钾行为，(ii)基于该电解液的普鲁士蓝(pb)正极在1000ma g-1电流密度下稳定运行3000次，(iii)基于该电解液的石墨负极表现出稳定的循环性能(800次)，(iv)基于该电解液、石墨负极和pb正极的钾离子全电池稳定运行超过700次。此外，因电解液的阻燃离子液体溶剂，电池可以在各种恶劣条件下正常运行，如防火测试，显示出具有极具竞争力的高安全性。基于该电解液的锂电池也表现出了优异的性能。

技术特征：

1.一种双官能团离子液体电解液的制备方法，其特征在于：双官能团离子液体电解液的制备方法包含步骤：

2.根据权利要求1所述双官能团离子液体电解液，其特征在于：所述碱金属盐为kfsi或lifsi中的一种。

3.根据权利要求1所述双官能团离子液体电解液，其特征在于：所述双官能团离子液体电解液浓度为1-4m。

4.一种碱金属电池，包含正极、负极、电解液和隔膜，其特征在于：所述电解液为权利要求1-3任一项所述双官能团离子液体电解液。

5.根据权利要求4所述碱金属电池，其特征在于：所述碱金属电池为钾金属电池、锂金属电池中的一种。

6.根据权利要求5所述碱金属电池，其特征在于：所述钾金属电池的电极制备过程包含：

7.根据权利要求5所述碱金属电池，其特征在于：所述锂金属电池的电极制备过程包含：

技术总结
本发明公开一种双官能团离子液体电解液的制备方法，其采用功能化离子液体单体，如1‑烯丙基‑3‑乙烯基咪唑双(氟磺酰基)酰亚胺(AVIMFSI)作为溶剂，其中官能团在循环过程中接收电子并聚合生成含聚合物的SEI。原位电聚合法(ISEP‑SEI)形成的SEI均匀，弹性高。其还可以有效地钝化电极表面，同时保持其结构的完整性。基于该电解液的钾电池和锂电池均表现出优异的性能，此外，因其优异的阻燃性，电池还可以在各种恶劣条件下正常运行，如防火测试，显示出具有极具竞争力的高安全性。

技术研发人员：顾明远,许志,林楷睿,鲁兵安
受保护的技术使用者：金阳（泉州）新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15