專利名稱：一種固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解質(zhì)制備技術(shù)，特別涉及一種固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰空氣電池是一種用鋰做陽(yáng)極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池，它與鋰離子電池相比具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O活性物質(zhì)A可直接從周圍空氣中獲得而不用保存在電池里。理論上，由于氧氣作為陰極，反應(yīng)物不受限，鋰空氣電池的容量?jī)H取決于鋰電極，同時(shí)由于Li具有高的理論比容量，使鋰空氣電池的理論比能量能達(dá)到11，140ffh/ kg，這一理論比能量高于目前所有常規(guī)的電源體系。另一個(gè)決定鋰空氣電池性能的主要因素是電解質(zhì)，其中固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)可靠性好且不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏、比能量高、循環(huán)電壓較寬，但是室溫下大多數(shù)固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率和溶解度較低；有機(jī)電解液體系由于配制中使用了含水的有機(jī)溶劑而易引發(fā)負(fù)極鋰的腐蝕，導(dǎo)致鋰空氣電池的比容量下降及充放電效率降低；而離子液體具有電化學(xué)窗口寬，不易揮發(fā)，可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，將新型離子液體應(yīng)用在鋰空氣電池的電解質(zhì)研究中，已成為目前多學(xué)科交叉的研究前沿。但是目前應(yīng)用于鋰空氣電池的離子液體只停留在實(shí)驗(yàn)階段，它不能隨著溫度的變化在固相與液相之間相互轉(zhuǎn)換，純液態(tài)的電解質(zhì)使鋰金屬負(fù)極的腐蝕速度過快，降低了電池的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠隨著溫度的變化在固相與液相之間相互轉(zhuǎn)換、減緩鋰金屬負(fù)極的腐蝕速度、延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。一種固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)，由1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體與六氟磷酸鋰組成，所述的1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體與六氟磷酸鋰的量比為 10 1 10 :5ο一種固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)制備方法，其具體步驟如下
步驟一在容器中加入0.8 1.2 mol N-甲基咪唑和80 120 mL甲苯，N2保護(hù)下升溫至70 90 °C，攪拌下緩慢滴加與N-甲基咪唑等物質(zhì)的量的的溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng) 24 36 h，靜置5 15 min分層，棄去上層甲苯溶液，將下層黃色液體用50 100 mL甲苯洗滌2 3次，60 80 ！真空干燥8 12 h，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體；
步驟二 將與溴代1-甲基-3-丙基咪唑等物質(zhì)的量的KPF6飽和水溶液緩慢滴入溴代 1-甲基-3-丙基咪唑水溶液中，室溫?cái)嚢?0 12 h，靜置5 15 min分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，用去離子水反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—，真空干燥脫去殘留水分，最終得到淺黃色 1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體；
步驟三稱量3 6 g LiPF6溶于25 50 mL 1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體中，配成濃度為0. 8 1. 0 mol/L的混合型離子液體電解質(zhì)。上述的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的電解質(zhì)低溫下為固相，高溫下為液相；室溫?cái)嚢?，攪拌的過程中顏色會(huì)逐漸變淺，電解質(zhì)慢慢變成固相，升溫到60 80°C以上又變成液相；能夠隨著溫度的變化在固相與液相之間相互轉(zhuǎn)換。采用該電解質(zhì)制成的鋰空氣電池不僅可以提高電池的能量密度到4000 mAh/g以上，還可以減緩鋰金屬負(fù)極的腐蝕速度，延長(zhǎng)電池的循環(huán)次數(shù)超過50次。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
步驟一在配有球形冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入0. 8 mol的N-甲基咪唑和80 mL甲苯，在N2保護(hù)下升溫至70。C，攪拌下緩慢滴加0. 8 mol溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng) 24 h，靜置5 min分層，棄去上層甲苯溶液，將下層黃色液體用50mL甲苯洗滌2次，60°C真空干燥他，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體。步驟二 將0. 8 mol的KPF6飽和水溶液緩慢滴入溴代1_甲基_3_丙基咪唑水溶液中，室溫?cái)嚢?0 h，靜置5 min分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，用去離子水反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—(用硝酸銀溶液檢測(cè))，真空干燥脫去殘留水分，最終得到淺黃色1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([Pmim]PF6)。步驟三稱量3g LiPF6溶于25 mLl_甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體 [Pmim]PF6離子液體中，配成濃度為0.8 mol/L的混合型離子液體電解質(zhì)；室溫?cái)嚢?，攪拌的過程中顏色會(huì)逐漸變淺，電解質(zhì)慢慢變成固相，升溫到60 V以上又變成液相。上述的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用，具體步驟為將制備好的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)放置在鋰金屬負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣電池。實(shí)施例2
步驟一在配有球形冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入1.0 mol N-甲基咪唑和 100 mL甲苯，在N2保護(hù)下升溫至80 °C，攪拌下緩慢滴加1.0 mol溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng)30 h，靜置10 min分層，棄去上層甲苯溶液，將下層黃色液體用75 mL甲苯洗滌3次，70 ！真空干燥10 h，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體。步驟二 將1. 0 mol KPF6飽和水溶液緩慢滴入物質(zhì)的量為1. 0 mol的溴代1_甲基-3-丙基咪唑水溶液中，室溫?cái)嚢鑜lh，靜置10 min分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，用去離子水反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—(用硝酸銀溶液檢測(cè))，真空干燥脫去殘留水分，最終得到淺黃色 1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([Pmim]PF6)。
步驟三稱量4. 5 g LiPF6溶于37. 5 mLl-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體 [Pmim]PF6離子液體中，配成濃度為0.9 mol/L的混合型離子液體電解質(zhì)；室溫?cái)嚢瑁瑪嚢璧倪^程中顏色會(huì)逐漸變淺，電解質(zhì)慢慢變成固相，升溫到70 °C以上又變成液相。上述的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用，具體步驟為將制備好的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)放置在鋰金屬負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣
4電池。實(shí)施例3
步驟一在配有球形冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入1.2 mol N-甲基咪唑和 120 mL甲苯，在N2保護(hù)下升溫至90 °C，攪拌下緩慢滴加1.2 mol溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng)36 h，靜置15 min分層，棄去上層甲苯溶液，將下層黃色液體用100 mL甲苯洗滌3次，80 ！真空干燥12 h，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體。步驟二將1.2 mol KPF6飽和水溶液緩慢滴入溴代1_甲基_3_丙基咪唑水溶液中，室溫?cái)嚢?2 h，靜置15 min分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，用去離子水反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—(用硝酸銀溶液檢測(cè))，真空干燥脫去殘留水分，最終得到淺黃色1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([Pmim]PF6)。
步驟三稱量6 g LiPF6溶于50 mLl-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體[Riiim] PF6離子液體中，配成濃度為1.0 mol/L的混合型離子液體電解質(zhì)，室溫?cái)嚢瑁粩嚢璧倪^程中顏色會(huì)逐漸變淺，電解質(zhì)慢慢變成固相，升溫到80°C以上又變成液相。上述的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用，具體步驟為將制備好的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)放置在鋰金屬負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣電池。
權(quán)利要求
1.一種鋰空氣電池固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)由1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體與六氟磷酸鋰組成，所述的1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體與六氟磷酸鋰的量比為10 :1 10 :5。
2.一種鋰空氣電池固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)的制備方法，其特征在于(1)在容器中加入0.8 1.2mol N-甲基咪唑和80 120 mL甲苯，N2保護(hù)下升溫至70 90 °C，攪拌下緩慢滴加與N-甲基咪唑等物質(zhì)的量的精制的溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng) 24 36 h，靜置5 15 min分層，棄去上層甲苯溶液，將下層黃色液體用50 100 mL甲苯洗滌2 3次，60 80 ！真空干燥8 12 h，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體；(2)將與溴代1-甲基-3-丙基咪唑等物質(zhì)的量的KPF6飽和水溶液緩慢滴入溴代1-甲基-3-丙基咪唑水溶液中，室溫?cái)嚢?0 12 h，靜置5 15 min分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，用去離子水反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—，真空干燥脫去殘留水分，最終得到淺黃色1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體；(3)稱量3 6g LiPF6溶于25 50 mLl-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體中，配成濃度為0. 8 1. 0 mol/L的混合型離子液體電解質(zhì)；室溫?cái)嚢瑁瑪嚢璧倪^程中顏色會(huì)逐漸變淺，電解質(zhì)慢慢變成固相，升溫到60 80°C以上又變成液相。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用。
全文摘要
一種固液相轉(zhuǎn)換混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，其步驟如下加入N-甲基咪唑和甲苯，N2保護(hù)下升溫，緩慢滴加溴代正丙烷，繼續(xù)反應(yīng)，靜置分層，棄上層甲苯溶液，將下層黃色液體用甲苯洗滌，真空干燥，得溴代1-甲基-3-丙基咪唑黃色粘稠液體；將KPF6飽和水溶液緩慢滴入，室溫?cái)嚢?，靜置分層，取下層油狀液體粗產(chǎn)品，反復(fù)洗滌至水相無(wú)Br—，脫去殘留水分，得到淺黃色1-甲基-3-丙基咪唑六氟磷酸鹽離子液體；稱量LiPF6溶于液體中，配成混合型離子液體電解質(zhì)。該電解質(zhì)低溫下為固相，高溫下為液相，能夠隨著溫度的變化在固相與液相之間相互轉(zhuǎn)換。采用該電解質(zhì)制成的鋰空氣電池不僅可以提高電池的能量密度，還可以減緩鋰金屬負(fù)極的腐蝕速度，延長(zhǎng)電池的循環(huán)次數(shù)。
文檔編號(hào)H01M12/06GK102544635SQ20111043360
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者孫曙光, 彭亞晶, 牧偉芳, 王雙龍, 王道林, 蔡克迪, 金振興 申請(qǐng)人:渤海大學(xué)