本申請涉及鋰電池電解質，特別涉及一種單離子導通聚離子液體電解質及其制備方法和應用。

背景技術：

1、鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長及環(huán)境友好等優(yōu)勢，在便攜電子設備乃至電動汽車領域均得到了廣泛應用。然而，傳統(tǒng)商業(yè)鋰離子電池中使用的是有機碳酸酯液態(tài)電解液，不僅存在易燃、易泄露、化學穩(wěn)定性差的缺點，并且在鋰離子不斷沉積于負極的過程中容易產生無規(guī)則區(qū)域富集的分布現(xiàn)象，導致鋰枝晶生長，刺穿隔膜與正極接觸造成短路，具有嚴重安全隱患。固態(tài)聚合物電解質因其具有良好的力學性能、熱穩(wěn)定性能及加工性能，得到廣泛關注，有望成為新一代鋰電池電解質材料。

2、離子液體是指在100℃以下或室溫下的熔融鹽，可以認為是一類完全由陰陽離子組成的液體，能夠通過對陰陽離子的選擇和設計組成各種各樣的化合物。聚離子液體由離子液體單體聚合生成，相較于傳統(tǒng)聚合物如聚環(huán)氧乙烷(peo)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚丙烯腈(pan)等，聚離子液體具有熱穩(wěn)定性好、飽和蒸氣壓低、電化學穩(wěn)定窗口寬等離子液體的優(yōu)勢，同時具有聚合物優(yōu)異柔韌性與可加工性的優(yōu)點，是一種極有前景的聚合物基體材料。

3、相關技術中，提供一種離子液體類電解質，由于其較寬的電化學窗口、較高的室溫離子電導率，以及極低飽和蒸汽壓導致的不易燃燒性，成為了高電壓鋰電池電解質極具競爭力的體系之一。

4、但是，該離子液體類電解質的鋰離子遷移數(shù)過低，導致電池的高倍率性能較差，鋰金屬負極表現(xiàn)較差。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N單離子導通聚離子液體電解質及其制備方法和應用，以解決相關技術中離子液體類電解質的鋰離子遷移數(shù)過低的技術問題。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N單離子導通聚離子液體電解質，主要由硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽制備得到；

3、上述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑由硼酸酯類化合物和丙烯酸酯類化合物反應得到；

4、上述聚離子液體單體由陰陽離子構成，其陽離子為含有碳碳雙鍵的咪唑類、吡咯類、哌啶類中的一種；

5、上述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑和聚離子液體單體的陽離子通過共價鍵連接。

6、本申請的一些實施方式中，上述聚離子液體單體的陽離子的結構式為：

7、

8、其中，r為甲基、乙基、丙基或丁基，n為1-3。

9、本申請的一些實施方式中，上述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑的結構式為：

10、

11、其中，n為1-10。

12、本申請的一些實施方式中，上述硼酸酯類化合物為硼酸三甲酯或三甲氧基環(huán)硼氧烷；

13、上述丙烯酸酯類化合物為2-羥乙基甲基丙烯酸酯或聚乙二醇甲基丙烯酸酯。

14、本申請的一些實施方式中，上述硼酸酯類化合物與上述丙烯酸酯類化合物的摩爾比為1:3。

15、本申請的一些實施方式中，上述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽的摩爾比范圍為1：(1～9)：2：1。

16、本申請的一些實施方式中，上述塑晶增塑劑為丁二腈；

17、上述鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰或雙氟磺酰亞胺鋰；

18、上述聚離子液體單體的陰離子為雙三氟甲烷磺酰亞胺根、雙氟磺酰亞胺根、六氟磷酸根、或者四氟硼酸根離子。

19、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N制備上述單離子導通聚離子液體電解質的制備方法，包括以下步驟：

20、在無溶劑存在下，將硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽進行混合，在熱引發(fā)劑作用下，原位熱聚合得到單離子導通聚離子液體電解質。

21、本申請的一些實施方式中，上述熱引發(fā)劑的質量為上述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑和聚離子液體單體的總質量的1％-5％；上述原位熱聚合的反應溫度為60℃-80℃，反應時間為12h-24h。

22、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N上述單離子導通聚離子液體電解質在鋰離子電池中的應用。

23、本申請?zhí)峁┑膯坞x子導通聚離子液體電解質，主要由硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽制備得到，且硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑由硼酸酯類化合物和丙烯酸酯類化合物反應得到，聚離子液體單體由陰陽離子構成，其陽離子為含有碳碳雙鍵的咪唑類、吡咯類、哌啶類中的一種，硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑和聚離子液體單體的陽離子通過共價鍵連接。

24、通過將硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑引入到聚離子液體單體中，聚離子液體陽離子上存在碳碳雙鍵，能夠與硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑發(fā)生共聚，陽離子聚合固定的同時，利用路易斯酸作用固定自由移動的陰離子，有效提升鋰離子遷移數(shù)，以提高電池的高倍率性能；此外，通過采用塑晶增塑劑，提高室溫離子電導率，進而提升電池性能。

技術特征：

1.一種單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于：主要由硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽制備得到；

2.如權利要求1所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于，所述聚離子液體單體的陽離子的結構式為：

3.如權利要求1所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于，所述硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑的結構式為：

4.如權利要求3所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于：

5.如權利要求1或4所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于：

6.如權利要求1所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于：

7.如權利要求1所述的單離子導通聚離子液體電解質，其特征在于：

8.一種制備權利要求1-7任一項所述單離子導通聚離子液體電解質的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于：

10.一種如權利要求1-7任一所述的單離子導通聚離子液體電解質在鋰離子電池中的應用。

技術總結
本申請涉及一種單離子導通聚離子液體電解質及其制備方法，涉及鋰電池電解質技術領域，該電解質主要由硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑、聚離子液體單體、塑晶增塑劑和鋰鹽制備得到；硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑由硼酸酯類化合物和丙烯酸酯類化合物反應得到；聚離子液體單體由陰陽離子構成，其陽離子為含有碳碳雙鍵的咪唑類、吡咯類、哌啶類中的一種；硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑和聚離子液體單體的陽離子通過共價鍵連接。本申請通過將硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑引入到聚離子液體單體中，聚離子液體陽離子與硼酸酯陰離子受體型交聯(lián)劑發(fā)生共聚，陽離子聚合固定的同時，利用路易斯酸作用固定自由移動的陰離子，提升鋰離子遷移數(shù)，以提高電池的高倍率性能。

技術研發(fā)人員：陶柏瑞,梅騰龍,范天馳
受保護的技術使用者：重慶長安汽車股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2