專利名稱：一種混合型電解質(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，鋰空氣電池的容量僅取決于鋰電極，同時由于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，其疏水性能差、制備方法復(fù)雜，不能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種疏水性能好、制備方法簡單、實(shí)用性強(qiáng)、可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。一種混合型電解質(zhì)，是由等摩爾的二烷基咪唑類六氟磷酸鹽離子液體與有機(jī)鋰鹽組成，所述的二烷基咪唑類六氟磷酸鹽離子液體為1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，所述的有機(jī)鋰鹽為六氟磷酸鋰。
一種混合型電解質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下
步驟一將Imol N-甲基咪唑與1 2 mol的氯代正丁烷加入到容器中，將回流裝置安裝好，再加入環(huán)己烷和甲苯各50 100 mL作溶劑，先控制油浴為70 90 °C，穩(wěn)定8 12 min后升至97 102 °C，控制回流溫度為97 102 1，回流22 沈h后，升高油浴溫度， 控制溫度為107 112 °C，回流10 12 h，停止加熱，然后將液體轉(zhuǎn)移至密封的容器中，冷卻3 5 h分層，上層是略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾，將抽濾后的白色晶體稱重；
步驟二 將白色晶體置入容器中，加入乙酸乙酯和乙腈共計(jì)100 200 mL,乙酸乙酯和乙腈的體積比為2:1 3:1，在油浴下加熱，油浴溫度為70 90°C，回流20 30 min, 使白色沉淀完全溶解，然后過濾，除去不溶物，過濾完后直接轉(zhuǎn)移到密封燒杯中，放入冰箱， 在-15 0°C下結(jié)晶4 8 h ；
步驟三將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次按步驟二重結(jié)晶，2 4次重結(jié)晶后得到中間體氯化 1-甲基-3-丁基咪唑的白色晶體，減壓干燥，放保干器中備用；步驟四將與氯化1-甲基-3- 丁基咪唑等摩爾的LiPF6水溶液緩慢滴入氯化1-甲基-3-丁基咪唑中，室溫?cái)嚢?0 12 h，靜置分層10 30 min，取下層油狀離子液體粗產(chǎn)品，加入與氯化1-甲基-3- 丁基咪唑等摩爾的AgPF6進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后除去AgCl白色沉淀，即得到BMI-PF6離子液體和LiPF6的混合電解質(zhì)。一種混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的制備方法所得到的混合型離子液體電解質(zhì)中鋰鹽濃度相對較高，有利于鋰離子在電池內(nèi)部的傳質(zhì)，應(yīng)用在鋰空氣電池中，大大提高了電池的能量密度和充放電次數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
混合型離子液體電解質(zhì)的制備
步驟一將Imol N-甲基咪唑與Imol的氯代正丁烷加入到容器中，將回流裝置安裝好， 再加入環(huán)己烷和甲苯各50mL作溶劑，先控制油浴為70°C，穩(wěn)定8 min后升至97 °C，控制回流溫度為97 °C，回流2 后，升高油浴溫度，控制溫度為107 °C，回流10h，停止加熱，然后將液體轉(zhuǎn)移至密封的容器中，冷卻3 h分層，上層是略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾，將抽濾后的白色晶體稱重。步驟二 將白色晶體置入容器中，加入的乙酸乙酯和乙腈(體積比為2:1)共計(jì)100 mL,在油浴下加熱，油浴溫度為70°C，回流20min，使白色沉淀完全溶解，然后過濾，在此步驟中將不溶物除去，過濾完后直接轉(zhuǎn)移到密封燒杯中，放入冰箱，在_15°C下結(jié)晶4 h。步驟三將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次按步驟二重結(jié)晶。二次重結(jié)晶后得到Imol中間體氯化1-甲基-3- 丁基咪唑(BMIC1)的白色晶體，減壓干燥，放保干器中備用。步驟四將lmol LiPFyK溶液緩慢滴入BMICl水溶液中，室溫?cái)嚢?0 h，靜置分層 10 min，取下層油狀離子液體粗產(chǎn)品，然后加入與BMICl等摩爾數(shù)的AgPF6,過濾掉生成的 AgCl白色沉淀即得到BMI-PF6離子液體和LiPF6的混合電解質(zhì)。鋰空氣電池的組裝
將制得的混合型電解質(zhì)放置在鋰負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣電池。其鋰空氣電池的比能量可以達(dá)到4500 mAh/g，循環(huán)次數(shù)超過50次。實(shí)施例2
混合型離子液體電解質(zhì)的制備
步驟一將lmol N-甲基咪唑與1. 5 mol的氯代正丁烷加入到容器中，將回流裝置安裝好，再加入環(huán)己烷和甲苯各75 mL作溶劑，先控制油浴為80 °C，穩(wěn)定10 min后升至100 °C，控制回流溫度為100 °C，回流M h后，升高油浴溫度，控制溫度為110 °C，回流llh，停止加熱，然后將液體轉(zhuǎn)移至密封的容器中，冷卻4 h分層，上層是略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾，將抽濾后的白色晶體稱重。步驟二 將白色晶體置入容器中，加入的乙酸乙酯和乙腈(體積比為2:1) 150 mL, 在油浴下加熱，油浴溫度為80°C，回流25 min,使白色沉淀完全溶解，然后過濾，在此步驟中將不溶物除去，過濾完后直接轉(zhuǎn)移到密封燒杯中，放入冰箱，在_7°C下結(jié)晶他。
步驟三將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次按步驟二重結(jié)晶。三次重結(jié)晶后得到中間體氯化 1-甲基-3- 丁基咪唑(BMIC1)的白色晶體，減壓干燥，放保干器中備用。步驟四將與氯化1-甲基-3- 丁基咪唑(BMICl)等摩爾的LiPF6水溶液緩慢滴入 BMICl水溶液中，室溫?cái)嚢?1 h，靜置分層20 min，取下層油狀離子液體粗產(chǎn)品，然后加入與BMICl等摩爾的AgPF6,過濾掉生成的AgCl白色沉淀即得到BMI-PF6離子液體和LiPF6的混合電解質(zhì)。鋰空氣電池的組裝
將制得的混合型電解質(zhì)放置在鋰負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣電池。其鋰空氣電池的比能量可以達(dá)到4800 mAh/g，循環(huán)次數(shù)超過60次。實(shí)施例3
混合型離子液體電解質(zhì)的制備
步驟一將Imol N-甲基咪唑與2mol的氯代正丁烷加入到容器中，將回流裝置安裝好， 再加入環(huán)己烷和甲苯各100 mL作溶劑，先控制油浴為90 °C，穩(wěn)定12 min后升至102 °C， 控制回流溫度為102°C，回流沈h后，升高油浴溫度，控制溫度為112 °C，回流12h，停止加熱，然后將液體轉(zhuǎn)移至密封的容器中，冷卻5 h分層，上層是略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾，將抽濾后的白色晶體稱重。步驟二 將白色晶體置入容器中，加入的乙酸乙酯和乙腈(體積比為3:1) 200 mL, 在油浴下加熱，油浴溫度為90°C，回流30min，使白色沉淀完全溶解，然后過濾，在此步驟中將不溶物除去，過濾完后直接轉(zhuǎn)移到密封燒杯中，放入冰箱，在0°C下結(jié)晶8 h。步驟三將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次按步驟二重結(jié)晶。四次重結(jié)晶后得到中間體氯化 1-甲基-3- 丁基咪唑(BMIC1)的白色晶體，減壓干燥，放保干器中備用。步驟四將與氯化1-甲基-3- 丁基咪唑(BMICl)等摩爾的LiPF6水溶液緩慢滴入 BMICl水溶液中，室溫?cái)嚢?2 h，靜置分層30 min，取下層油狀離子液體粗產(chǎn)品，然后加入與BMICl等摩爾的AgPF6,過濾掉生成的AgCl白色沉淀即得到BMI-PF6離子液體和LiPF6的混合電解質(zhì)。鋰空氣電池的組裝
將制得的混合型電解質(zhì)放置在鋰負(fù)極與空氣正極中間，通過密封殼體組裝成鋰空氣電池。其鋰空氣電池的比能量可以達(dá)到4600 mAh/g，循環(huán)次數(shù)超過55次。
權(quán)利要求
1.一種混合型離子液體電解質(zhì)，其特征在于，該電解質(zhì)由等摩爾數(shù)的二烷基咪唑類六氟磷酸鹽離子液體與有機(jī)鋰鹽組成，所述的二烷基咪唑類六氟磷酸鹽離子液體為1-甲基-3- 丁基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，所述的有機(jī)鋰鹽為六氟磷酸鋰。
2.一種混合型電解質(zhì)的制備方法，其特征在于具體步驟如下(IMf Imol N-甲基咪唑與1 2 mol的氯代正丁烷加入到容器中，將回流裝置安裝好， 再加入環(huán)己烷和甲苯各50 100 mL作溶劑，先控制油浴為70 90 °C，穩(wěn)定8 12 min 后升至97 102 °C，控制回流溫度為97 102 1，回流22 沈h后，升高油浴溫度，控制溫度為107 112 °C，回流10 12 h，停止加熱，然后將液體轉(zhuǎn)移至密封的容器中，冷卻 3 5 h分層，上層是略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾，將抽濾后的白色晶體稱重；(2)將白色晶體置入容器中，加入乙酸乙酯和乙腈共計(jì)100 200mL,乙酸乙酯和乙腈的體積比為2:1 3:1，在油浴下加熱，油浴溫度為70 90°C，回流20 30 min，使白色沉淀完全溶解，然后過濾，除去不溶物，過濾完后直接轉(zhuǎn)移到密封燒杯中，放入冰箱，在-15 0°C下結(jié)晶4 8 h；(3)將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次按步驟二重結(jié)晶，2 4次重結(jié)晶后得到中間體氯化1-甲基-3- 丁基咪唑的白色晶體，減壓干燥，放保干器中備用；(4)將與氯化1-甲基-3-丁基咪唑等摩爾的LiPF6水溶液緩慢滴入氯化1-甲基-3-丁基咪唑中，室溫?cái)嚢?0 12 h，靜置分層10 30 min，取下層油狀離子液體粗產(chǎn)品，加入與氯化1-甲基-3- 丁基咪唑等摩爾的AgPF6進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后除去AgCl白色沉淀，即得到BMI-PF6離子液體和LiPF6的混合電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合型電解質(zhì)在鋰空氣電池中的應(yīng)用。
全文摘要
一種混合型電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，是由等摩爾的二烷基咪唑類六氟磷酸鹽離子液體與有機(jī)鋰鹽組成，其制備步驟為將N-甲基咪唑與氯代正丁烷加入到容器中，再加入環(huán)己烷和甲苯溶劑，油浴，升溫，回流，冷卻后分層，將上層的黃色液體倒出，將下層的白色結(jié)晶抽濾后稱重；將白色晶體置入容器中，加入乙酸乙酯和乙腈，加熱，回流，過濾后，在-15～0℃下結(jié)晶4～8h；將結(jié)晶后的產(chǎn)品再次重結(jié)晶，得到中間體；將LiPF6水溶液緩慢滴入中間體中，攪拌，靜置，取下層粗產(chǎn)品加入AgPF6進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后除去白色沉淀，即得到混合電解質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是疏水性能好、制備方法簡單、實(shí)用性強(qiáng)、可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用到鋰空氣電池中可提高電池的能量密度和充放電次數(shù)。
文檔編號H01M12/06GK102544634SQ201110433568
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者何鐵石, 張慶國, 牧偉芳, 王雙龍, 蔡克迪, 金振興, 魏穎 申請人:渤海大學(xué)