【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于固態鋰金屬電池，具體涉及一種固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑及其應用。
技術介紹
1、近幾十年來，隨著電動與混合動力汽車領域的快速發展，對鋰離子電池（libs）的市場需求繼續擴大。由固態電解質組成的全固態鋰離子電池受到了越來越多的關注，其原因是固態電解質膜具有良好的電化學穩定性和力學/熱性能。由于這些優勢，固態電解質膜被認為是全固態鋰離子電池的重要組成部分。因此，固態電解質膜的特性可以直接影響全固態鋰離子電池的性能。離子液體由于其具有較寬的電化學窗口（~6?v）和較高的離子電導率，可以作為固態電解質膜中的添加劑或溶劑以進一步制備凝膠聚合物電解質。
2、專利cn117374389a公開了一種膦功能化咪唑基聚離子液體電解質膜、其制備方法及其應用，包括以下步驟：將膦功能化咪唑基離子液體和鋰鹽進行離子置換，洗滌，干燥后再進行自聚合，得到膦功能化咪唑基聚離子液體；將所述膦功能化咪唑基聚離子液體稀釋后澆鑄，得到膦功能化咪唑基聚離子液體電解質膜。
3、專利cn116836381a公開了一種穩定的固體電解質膜及其制備方法，屬于聚離子液體領域。首次合成了一種聚離子液體，該聚離子液體同時包含了氨基和碳氯鍵。氨基和碳氯鍵在加熱條件下反應形成交聯網絡，形成穩定的聚合物薄膜，并具有很好的導電性。
4、之前的研究表明含有離子液體的電解質能有效改善固態電解質膜的電化學性能。然而，鋰離子遷移數（tli+）在離子液體中是相對較低的，因為陰離子總是與陽離子同時在離子液體中移動。
技術
1、為解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供一種固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑以及使用該離子液體添加劑制備固態鋰金屬電池電解質的方法，可以提高鋰離子電池的充放電速率和循環穩定性。
2、本專利技術提供一種固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，由以下步驟制備而得：
3、（1）2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸（cas：1312703-28-8）和硝酸鋰在溶劑中混合發生配位反應形成配合物；
4、（2）所述配合物與1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽（cas：1337384-49-2）在催化劑的作用下發生邁克爾加成反應，除去溶劑后，得到所述固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑。
5、該邁克爾加成反應的機理：該反應涉及一個典型的親核加成過程，配合物2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸鋰中的氨基作為親核試劑攻擊1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽中的缺電子烯丙基碳-碳雙鍵，氨基的氮通過形成共價鍵加到烯丙基的β碳上，生成一個新的飽和碳-氮鍵。
6、優選地，步驟（1）中，2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸、硝酸鋰和溶劑的比例為140-293?g∶17.0-42.5?g∶500-1500?ml；所述溶劑為水。
7、優選地，步驟（1）中，所述配位反應的反應溫度為60-75?℃，反應時間為30-60min；
8、步驟（2）中，所述邁克爾加成反應的反應溫度為60-75?℃，反應時間為30-60?min；除去溶劑的方法為蒸餾，進一步優選為減壓蒸餾。
9、優選地，步驟（2）中，所述催化劑為乙醇鈉。
10、優選地，步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和步驟（1）中2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸的質量比為137-274∶140-293；步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和催化劑的質量比為137-274∶13.6-34.0。
11、本專利技術還提供一種使用上述離子液體添加劑制備固態鋰金屬電池電解質的方法，所述方法包括以下步驟：
12、a、采用溶劑熱法合成mof材料uio-66-nh2；
13、b、活化uio-66-nh2，可通過在100-200?℃下真空加熱10-20?h進行活化，去除掉uio-66-nh2孔隙中殘留的反應物分子和溶劑分子，使其具有良好的吸附能力；
14、c、將所述固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑和活化后的uio-66-nh2混合研磨，從而將離子液體添加劑加入到uio-66-nh2的微孔中，得到復合材料，將所述復合材料涂成膜，真空加熱，得到所述固態鋰金屬電池電解質。
15、活化后的uio-66-nh2對離子液體添加劑存在物理吸附作用，在加熱過程中，這種吸附作用會進一步加強，并且離子液體添加劑中的離子或者官能團可能會和uio-66-nh2表面的氨基等官能團發生相互作用，形成化學鍵，這使得離子液體添加劑的流動性降低，被“束縛”在uio-66-nh2周圍。隨著加熱時間的持續，復合材料從較為松散的混合狀態逐漸轉變為緊密結合的固態，最終形成固態的復合材料，用于制備固態鋰金屬電池電解質。
16、優選地，步驟c中，所述固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑的質量為混合后體系總質量的30%-50%。
17、優選地，步驟a中，將bdc-nh2和zrcl4溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，發生溶劑熱反應，離心收集黃色懸浮液，用n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液洗滌，干燥，最后得到uio-66-nh2粉末；所述bdc-nh2、zrcl4和n,n-二甲基甲酰胺的比例為90.6-181.5?g∶186.4-279.6?g∶771-1542?ml。
18、優選地，所述溶劑熱反應的溫度為100-140?℃，反應時間為20-30?h；n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的體積比為77-154∶88.5。
19、本專利技術還公開了所述方法制備的固態鋰金屬電池電解質。
20、本專利技術與現有技術相比，具有如下有益效果：
21、（1）提升鋰離子遷移數：通過邁克爾加成反應得到的含三聯苯、羧酸鋰的雙三氟甲磺酰亞胺鹽被mof材料uio-66-nh2的開放金屬位點捕獲，可以改善材料的結構穩定性，并為鋰離子提供更多的傳輸通道，從而提升鋰離子遷移數。這種改進有助于提高鋰金屬電池的性能，特別是在充放電速率方面。
22、（2）良好的電化學性能：本專利技術的電解質材料與鋰金屬之間具有良好的穩定性，這有助于防止電解質分解，避免電極表面出現不穩定現象，如鋰枝晶生長。因此，本專利技術的電解質材料可以使鋰金屬電池表現出優異的電化學性能，包括更好的循環穩定性、高庫侖效率和更長的電池壽命。
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1.一種固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，由以下步驟制備而得：
2.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（1）中，2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸、硝酸鋰和溶劑的比例為140-293?g∶17.0-42.5?g∶500-1500?ml；所述溶劑為水。
3.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（1）中，所述配位反應的反應溫度為60-75?℃，反應時間為30-60?min；
4.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（2）中，所述催化劑為乙醇鈉。
5.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和步驟（1）中2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸的質量比為137-274∶140-293；步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和催化劑的質量比為137
6.一種制備固態鋰金屬電池電解質的方法，其特征在于，使用權利要求1-5任一項所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，所述方法包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的制備固態鋰金屬電池電解質的方法，其特征在于，步驟C中，所述固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑的質量為混合后體系總質量的30%-50%。
8.根據權利要求6所述的制備固態鋰金屬電池電解質的方法，其特征在于，步驟A中，將BDC-NH2和ZrCl4溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，發生溶劑熱反應，離心收集黃色懸浮液，用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液洗滌，干燥，最后得到UiO-66-NH2粉末；所述BDC-NH2、ZrCl4和N,N-二甲基甲酰胺的比例為90.6-181.5?g∶186.4-279.6?g∶771-1542?ml。
9.根據權利要求8所述的制備固態鋰金屬電池電解質的方法，其特征在于，所述溶劑熱反應的溫度為100-140?℃，反應時間為20-30?h；N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的體積比為77-154∶88.5。
10.權利要求6-9任一項所述方法制備的固態鋰金屬電池電解質。
...【技術特征摘要】
1.一種固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，由以下步驟制備而得：
2.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（1）中，2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸、硝酸鋰和溶劑的比例為140-293?g∶17.0-42.5?g∶500-1500?ml；所述溶劑為水。
3.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（1）中，所述配位反應的反應溫度為60-75?℃，反應時間為30-60?min；
4.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（2）中，所述催化劑為乙醇鈉。
5.根據權利要求1所述的固態鋰金屬電池電解質用離子液體添加劑，其特征在于，步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和步驟（1）中2'-氨基-[1,1':4',1"-三聯苯基]-4,4"-二羧酸的質量比為137-274∶140-293；步驟（2）中1-烯丙基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽和催化劑的質量比為137-274∶13.6-34.0。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張海源，王金明，趙海敏，何廣，俞石洪，周博茵，
申請(專利權)人：天能電池集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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