[发明专利]一种全氟有机熔盐电解质及其制备方法和应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种全氟有机熔盐电解质及其制备方法和应用，尤 其是在锂系热电池中的应用。

(二)技术背景

通常情况下，熔盐至少包含一种盐以上，而且一般在熔融状态下 才被应用。熔盐在较宽温度范围内具有低的蒸汽压，低的粘度和良好 的导电性等优点，这些特性决定了熔盐在工业电解、核能工业和材料 工业中有着广泛的应用。

由于熔盐性能的特殊性，它在热电池中也有广泛的应用。热电池 是一种储备式电池，它利用电池本身的加热系统把不导电的固体状态 电解质加热熔融呈现离子型导体而进入工作状态的一种热激活储备 电池。热电池具备放电密度大，比能量和比功率高，激活时间短等优 点，一直在军事领域中占有重要的地位。近来，将热电池应用到民用 工业领域已经引起了研究工作者的兴趣，而其中地热和石油天然气勘 探用热电池被认为是其中最具代表性的应用领域。然而，由于民用工 业领域应用环境的特殊性，因此，研究工作者认为开发熔点低于300℃ 的熔盐电解质是将热电池应用到民用工业领域的关键。

传统的锂系热电池电解质LiCl-KCl，由于其熔点较高，因而很难 被应用到民用工业领域。事实上，已有许多研究工作致力于开发新型 的电解质体系，以求热电池能有更广阔的应用前景。专利 US20080299447A1介绍了一系列新型电解质体系，但由于这类熔盐 电解质是基于氟化、氯化和溴化盐而开发的，因此熔点仍旧较高。非 专利资料(P.Masset，J.Power source 160(2006)688-697)介绍了一类含 碘化盐的电解质体系，其熔点较低，但是碘化盐极易潮解和氧化，而 且价格非常昂贵，因而没能获得较大发展。硝酸盐熔盐体系较卤化盐 体系具备更低的熔点，而且价格低廉，但是硝酸熔盐具有很强的氧化 性，容易与高活性的阳极材料反应，从而导致了电池使用的安全隐患。

化工学报2009年第2期披露了本发明的发明人的研究成果：“新型 二元熔盐电解质LiTFSI/NaTf的热学和电化学性能”，该文章公开了 LiN(CF₃SO₂)₂-CF₃SO₃Na二元熔盐电解质体系。此外，Electrochemical and Solid-State Letters在2009年第4期披露了本发明发明人的另一项 研究成果：“Thermal and Electrochemical Performance of Binary Molten Salt Electrolyte Based on LiTFSI and CF₃SO₃K”。该文章公开了 LiN(CF₃SO₂)₂-CF₃SO₃K二元熔盐电解质体系。上述两个熔盐电解质体 系虽然在整体性能上已经可以满足锂系热电池应用的需要，然而这两 个体系在热稳定性还有待提高。考虑到实际应用环境的温度分布非常 复杂，因此存在一定的局限性。

(三)发明内容

针对二元熔盐电解质体系LiN(CF₃SO₂)₂-CF₃SO₃Na和 LiN(CF₃SO₂)₂-CF₃SO₃K存在热稳定性方面的问题，本发明提供了一 种具有低熔点、较宽的电化学窗口、良好的热稳定性的全氟有机熔盐 电解质。

为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种全氟有机熔盐电解质，由LiN(C₂F₅SO₂)₂与CF₃SO₃Na或 CF₃SO₃K制成，其中LiN(C₂F₅SO₂)₂的摩尔分数为10～50％。进一步， 所述的LiN(C₂F₅SO₂)₂的摩尔分数优选为10～40％。