一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜、其制备方法及其应用

本发明属于电解质制备及固态锂离子电池，尤其涉及一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜、其制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着环境污染和能源短缺的问题日益突出，迫使人们寻找可再生新能源。锂电池凭借其较高的工作电压、能量密度和更长的循环寿命，被广泛应用于生活的方方面面。而传统的锂离子电池含有大量易燃的有机溶剂，在锂离子电池生产和应用中存在一定的安全隐患。因而，具有高电池能量密度、高安全性的固态电池，是现有电池体系长期潜在技术方向。

2、然而，由于固态电解质缺乏流动性，导致固-固接触面积小，阻抗增大等问题出现，这一系列的界面问题已成为制约固态电池发展的瓶颈。有鉴于此，有必要研究新的固态电解质以解决上述问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜、其制备方法及其应用，该膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜具有较高离子电导率；在锂离子固态电池的应用方面，表现出优异的锂离子迁移率和良好的稳定性。

2、本发明提供了一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

3、将膦功能化咪唑基离子液体和锂盐进行离子置换，洗涤，干燥后再进行自聚合，得到膦功能化咪唑基聚离子液体；

4、将所述膦功能化咪唑基聚离子液体稀释后浇铸，干燥，得到膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜。

5、在本发明中，所述膦功能化咪唑基离子液体和锂盐的摩尔比为1：(1.1～1.4)。

6、在本发明中，所述离子置换的温度为20～40℃，离子置换的时间为4～8h。

7、在本发明中，所述稀释采用的溶剂选自碳酸二甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和乙腈中的一种或多种。

8、在本发明中，所述锂盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟磷酸锂中的一种或多种。

9、在本发明中，所述洗涤，干燥具体包括：

10、将离子置换后的产物的下层液体用蒸馏水洗涤3～5次，再在真空条件下干燥12～24h。

11、在本发明中，所述膦功能化咪唑基离子液体按照以下方法制得：

12、将1,3-丙二醇与三氟甲磺酸酯磺化反应生成1,3-丙二磺酸；

13、将1,3-丙二磺酸和具有式ⅰ结构亚磷酸酯经艾伯佐夫反应，得到具有式ii结构膦酸酯；

14、

15、式ⅰ和式ii中的r1选自c1～c10的烷基；

16、将所述具有式ii结构膦酸酯和具有式ⅲ结构的咪唑基化合物分别溶于甲苯中，混合，进行烷基化反应，蒸馏并去除过量烷基化剂，干燥，得到磷功能化咪唑基离子液体；

17、

18、式ⅲ中的r2选自c1～c10的烷基，r3选自c1～c10的烷基。

19、在本发明中，所述1,3-丙二醇与三氟甲磺酸酯的摩尔比为1：(2.01～2.05)；

20、所述1,3-丙二磺酸和具有式ⅰ结构亚磷酸酯的摩尔比为1：(1.01～1.05)；

21、所述磺化反应的温度为70～90℃，时间为4～8h；

22、所述艾伯佐夫反应的温度为110～160℃，时间为4～12h；

23、所述烷基化反应是在惰性气体氛围下50～100℃搅拌反应12～36h。

24、本发明提供了一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜，由上述技术方案所述制备方法制得。

25、本发明提供了一种上述技术方案所述膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜作为固态聚合物电解质在锂离子固态电池中的应用。

26、本发明提供了一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜的制备方法，包括以下步骤：将膦功能化咪唑基离子液体和锂盐进行离子置换，洗涤，干燥后再进行自聚合，得到膦功能化咪唑基聚离子液体；将所述膦功能化咪唑基聚离子液体稀释后浇铸，得到膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜。本发明提供的方法制备的膦功能化咪唑基聚离子液体具有优异的双锂离子传输通道和与锂金属界面兼容性，有效调控锂的沉积，避免锂枝晶的产生，以其组装锂离子固态电池表现出优异的长循环性能，在锂电池领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膦功能化咪唑基离子液体和锂盐的摩尔比为1：(1.1～1.4)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子置换的温度为20～40℃，离子置换的时间为4～8h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀释采用的溶剂选自碳酸二甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和乙腈中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟磷酸锂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤，干燥具体包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膦功能化咪唑基离子液体按照以下方法制得：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述1,3-丙二醇与三氟甲磺酸酯的摩尔比为1：(2.01～2.05)；

9.一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜，由权利要求1～8任一项所述制备方法制得。

10.一种权利要求9所述膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜作为固态聚合物电解质在锂离子固态电池中的应用。

技术总结
本发明提供了一种膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜、其制备方法及其应用，包括以下步骤：将膦功能化咪唑基离子液体和锂盐进行离子置换，洗涤，干燥后再进行自聚合，得到膦功能化咪唑基聚离子液体；将所述膦功能化咪唑基聚离子液体稀释后浇铸，得到膦功能化咪唑基聚离子液体电解质膜。本发明提供的方法制备的膦功能化咪唑基聚离子液体具有优异的双锂离子传输通道和与锂金属界面兼容性，有效调控锂的沉积，避免锂枝晶的产生，以其组装锂离子固态电池表现出优异的长循环性能，在锂电池领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：周明炯,王梓妍,廖凯思,张勇
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15