[发明专利]离子液体化合物及制备方法、离子液体聚合物、其用途以及含该聚合物的聚合物固态电解质

说明书

本公开涉及一种离子液体化合物及制备方法、离子液体聚合物以及含该聚合物的聚合物固态电解质，具体地本公开提供了具有式(1)所示结构的离子液体化合物及其制备方法，并且提供了式(20)所示的结构的离子液体聚合物及其制备方法，该离子液体化合物和离子液体聚合物的阴离子中心为配位能力较弱的全氟磺酰亚胺离子，减小了阴离子中心对Li⁺的束缚能力，提高了含有该离子液体聚合物的聚合物固态电解质的电导率和Li⁺迁移数；本公开的离子液体聚合物与锂盐复合后形成含有离子液体‑聚离子液体复合物的聚合物固态电解质，离子液体‑聚离子液体复合物具有微液相结构，能进一步提升电解质的电导率以及Li⁺迁移数。

技术领域

本公开涉及聚合物电解质领域，具体地，涉及一种离子液体化合物及制备方法、离子液体聚合物、其用途以及含该聚合物的聚合物固态电解质。

背景技术

聚合物电解质由聚合物和锂盐复合而成，聚合物锂离子电池可以避免传统锂离子电池中的有机液体电解质在使用过程中容易发生漏液和爆炸的缺陷，具有可塑性灵活、体积小、安全性能好和可大规模工业化生产等优点，因此受到人们广泛的关注。但现有的聚合物电解质室温电导率较低，无法满足应用要求。离子液体室温下通常为液态，并且具有黏度低、不挥发、不燃烧、毒性小、室温电导率高及电化学窗口宽等特点，因此离子液体适合作为电池的电解质，并且离子液体作为电解质的锂离子电池的安全性较有机电解质电池要高，但是现有的离子液体锂离子电池无法满足电池向轻量化、薄膜化及形状任意化发展的方向。因此，将离子液体和聚合物相结合，制备固态离子液体聚合物是提高聚合物电解质的电导率及锂离子电池使用的安全性和稳定性的重要途径。

现有的聚合物固态电解质主要包括：(1)聚离子液体类聚合物固态电解质，这类电解质是由含有预聚合单元的离子液体和小分子锂盐经过聚合之后形成的含小分子锂盐的聚合物复合物。目前该技术方案主要集中于聚阳离子型聚离子液体；(2)含氧化乙烯链段类聚合物固态电解质，这类电解质是以含氧化乙烯链段作为导电单元的一类聚合物，如PEO等；其中往往含有小分子锂盐，如：LiTFSI、LiFSI等。其与聚离子液体类聚合物固态电解质的主要区别是聚合物链中基本上不含有离子片段。上述现有的聚合物固态电解质中，由于聚离子液体和含氧化乙烯链段的聚合物的玻璃化转变温度普遍较高，会导致聚合物链段运动较弱，进而离子迁移慢、电导率低；同时由于在聚合物电解质中同时会存在有机阳离子、阴离子以及小分子锂盐的阴离子，其在电场的作用下也会发生离子迁移，因而Li⁺迁移数较低。

发明内容

本公开的目的是提供一种离子液体聚合物和含有该离子液体聚合物的聚合物固态电解质，该聚合物固态电解质可以解决现有的聚合物固态电解质离子迁移慢、电导率低的技术问题。

为了实现上述目的，一方面，本公开提供一种离子液体化合物，该化合物具有如下式(1)所示的结构：

其中，R_f各自独立地为C_hF_2h+1，h为0-10的整数；

Z为Cl、Br、I和OH中的至少一种；

阳离子具有如下式(2)-式(8)所示的结构：

其中，R₁、R₂、R₃和R₄各自独立地选自C_jH_2j+1或(CH₂CH₂O)_jCH₃，j各自独立地为1-10的整数。

另一方面，本公开提供一种制备离子液体化合物的方法，该方法包括：

使式(9)所示的化合物在离子交换反应条件下与含有阳离子的卤化物接触得到式(10)所示的化合物：