一種全氟有機熔鹽電解質及其制備方法和應用的制作方法

文檔序號：7018159閱讀：222來源：國知局

專利名稱：一種全氟有機熔鹽電解質及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全氟有機熔鹽電解質及其制備方法和應用，尤其是在鋰系熱電池中的應用。
(二)
背景技術：
通常情況下，熔鹽至少包含一種鹽以上，而且一般在熔融狀態(tài)下才被應用。熔鹽在較寬溫度范圍內具有低的蒸汽壓，低的粘度和良好的導電性等優(yōu)點，這些特性決定了熔鹽在工業(yè)電解、核能工業(yè)和材料工業(yè)中有著廣泛的應用。
由于熔鹽性能的特殊性，它在熱電池中也有廣泛的應用。熱電池
是一種儲備式電池，它利用電池本身的加熱系統4巴不導電的固體狀態(tài) 電解質加熱熔融呈現離子型導體而進入工作狀態(tài)的一種熱激活儲備
電池。熱電池具備放電密度大，比能量和比功率高，激活時間短等優(yōu) 點，一直在軍事領域中占有重要的地位。近來，將熱電池應用到民用工業(yè)領域已經引起了研究工作者的興趣，而其中地熱和石油天然氣勘探用熱電池被認為是其中最具代表性的應用領域。然而，由于民用工
業(yè)領域應用環(huán)境的特殊性，因此,研究工作者認為開發(fā)熔點低于300°C 的熔鹽電解質是將熱電池應用到民用工業(yè)領域的關鍵。
傳統的鋰系熱電池電解質LiCl-KCl,由于其熔點較高，因而很難被應用到民用工業(yè)領域。事實上，已有許多研究工作致力于開發(fā)新型的電解質體系，以求熱電池能有更廣闊的應用前景。專利 US20080299447A1介紹了一系列新型電解質體系，但由于這類熔鹽電解質是基于氟化、氯化和溴化鹽而開發(fā)的，因此熔點仍舊較高。非
3專利資料(P. Masset， J. Power source 160 (2006) 688-697)介紹了一類含碘化鹽的電解質體系，其熔點較低，但是硪化鹽極易潮解和氧化，而且價格非常昂貴，因而沒能獲得較大發(fā)展。硝酸鹽熔鹽體系較卣化鹽體系具備更低的熔點，而且價格低廉，但是硝酸熔鹽具有很強的氧化性，容易與高活性的陽極材料反應，從而導致了電池使用的安全隱患。化工學報2009年第2期披露了本發(fā)明的發(fā)明人的研究成果"新型二元熔鹽電解質LiTFSI/NaTf的熱學和電化學性能"，該文章公開了 LiN(CF3S02)2-CF3S03Na二元熔鹽電解質體系。此外，￡/e"rac/^m/ca/ aw/ 5W/AStote丄e論ra在2009年第4期披露了本發(fā)明發(fā)明人的另一項研究成果"Thermal and Electrochemical Performance of Binary Molten Salt Electrolyte Based on LiTFSI and CF3S03K，，。該文章公開了 LiN(CF3S02)2-CF3S03K二元熔鹽電解質體系。上述兩個熔鹽電解質體系雖然在整體性能上已經可以滿足鋰系熱電池應用的需要，然而這兩個體系在熱穩(wěn)定性還有待提高?？紤]到實際應用環(huán)境的溫度分布非常復雜，因此存在一定的局限性。

發(fā)明內容
針對二元熔鹽電解質體系LiN(CF3S02)rCF3S03Na和 LiN(CF3S02)2-CF3S03K存在熱穩(wěn)定性方面的問題，本發(fā)明提供了一種具有低熔點、較寬的電化學窗口、良好的熱穩(wěn)定性的全氟有機熔鹽電解質。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的具體技術方案如下一種全氟有機熔鹽電解質，由LiN(C2F5S02)2與CF3S03Na或 CF3S03K制成，其中LiN(C2FsS02)2的摩爾分數為10~50%。進一步，所述的LiN(C2F5S02)2的摩爾分數優(yōu)選為10~40%。
本發(fā)明制得的全氟有機熔鹽電解質在具有低熔點、較寬的電化學窗口的同時，還具有纟艮好的熱穩(wěn)、定性，性能上面更出色。
本發(fā)明還提供了一種所述的全氟有機熔鹽電解質的制備方法，具體的制備方法如下按比例分別稱取所需原料組分，將所選取的原料組分充分混合均勻；接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，即獲得所述的全氟有機熔鹽電解質。
進一步，優(yōu)選在稱取原料組分之前，將所有原料組分充分干燥。
本發(fā)明所述的全氟有機熔鹽體系具有低熔點、高電導率、較寬的電化學窗口、良好的熱穩(wěn)定性和電化學性能、應用廣泛的特點，可應用于鋰系熱電池等領域。
與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢
本發(fā)明通過對原料的選擇和組合，使得本發(fā)明制得的全氟有機熔鹽體系具有低熔點、較寬的電化學窗口、良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，能夠符合鋰系熱電池應用到民用工業(yè)領域電解質熔點低于300。C的要求。
(四)具體實施例
下面以具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但本發(fā) 明的保護范圍不限于此實施例1:
分別稱取干燥后的LiN(C2F5S02)2 4g和CF3S03Na 8g于碾缽中，充分混合碾磨，接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，形成低溫熔鹽體系。從該混合后的熔鹽中稱取10 mg左右用PyrisDiamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析〗義測量其熱學性質，測得其熔點為195°C，熱分解溫度在400。C以上。其在270。C時的電導率為34mS/cm,溫度為250。C時，測得其電化學穩(wěn)定窗口為4.3 V。實施例2:
分別稱取干燥后的LiN(C2F5S02)2 5g和CF3S03K 12 g于碾缽中，充分混合碾磨，接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，形成低溫熔鹽體系。從該混合后的熔鹽中稱取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測量其熱學性質，測得其熔點為182°C,熱分解溫度在400。C以上。其在270。C時的電導率為38mS/cm,溫度為250。C時，測得其電化學穩(wěn)定窗口為4.4 V。實施例3:
分別稱取干燥后的LiN(C2F5S02)2 10.5g和CF3S03Na 12.5g于碾缽中，充分混合碾磨，接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，形成低溫熔鹽體系。從該混合后的熔鹽中稱取10 mg左右用 Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測量其熱學性質，測得其熔點為189°C,熱分解溫度在40(TC以上。其在270。C時的電導率為26mS/cm，溫度為250。C時，測得其電化學穩(wěn)定窗口為4.3 V。
實施例4:
分別稱取干燥后的LiN(C2F5S02)2 5g和CF3S03Na 15g于碾缽中，充分混合碾磨，接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，形成低溫熔鹽體系。從該混合后的熔鹽中稱取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測量其熱學性質，測得其熔點為20rC,熱分解溫度在400。C以上。其在270。C時的電導率為38mS/cm,溫度為25(TC時，測得其電化學穩(wěn)定窗口為4.3 V。實施例5:
'分別稱取千燥后的LiN(C2F5S02)2 11g和CF3S03K 15 g于碾缽中，充分混合碾磨，接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，形成低溫熔鹽體系。從該混合后的熔鹽中稱取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測量其熱學性質，測 -浮其熔點為178°C,熱分解溫度在400。C以上。其在270。C時的電導率為30mS/cm,溫度為250。C時，測得其電化學穩(wěn)定窗口為4.4 V。
權利要求
1、一種全氟有機熔鹽電解質，由LiN(C2F5SO2)2與CF3SO3Na或CF3SO3K制成，其中LiN(C2F5SO2)2的摩爾分數為10～50％。
2、如權利要求1所述的全氟有機熔鹽電解質，其特征在于所述的 LiN(C2F5S02)2的摩爾分數為10 40%。
3、一種如權利要求1所述的全氟有機熔鹽電解質的制備方法，其特征在于所述的全氟有機熔鹽電解質由LiN(C2F5S02)2與CF3S03Na或 CF3S03K制成，其中LiN(C2FsS02)2的摩爾分數為10 50%;具體的制備方法如下按比例分別稱取所需原料組分，將所選取的原料組分充分混合均勻；接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后石展磨均勻，即獲得所述的全氟有機熔鹽電解質。
4、如權利要求3所述的全氟有機熔鹽電解質的制備方法，其特征在于在稱取原料組分之前，將所有原料組分充分干燥。
5、如權利要求1所述的全氟有機熔鹽電解質在鋰系熱電池中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全氟有機熔鹽電解質及其制備方法和應用，所述的全氟有機熔鹽電解質由LiN(C2F5SO2)2與CF3SO3Na或CF3SO3K制成，其中LiN(C2F5SO2)2的摩爾分數為10～50％。所述的制備方法如下按比例分別稱取所需原料組分，將所選取的原料組分充分混合均勻；接著將該混合物加熱熔融，待重新冷卻后碾磨均勻，即獲得所述的全氟有機熔鹽電解質。本發(fā)明所述熔鹽電解質具有低熔點、較寬的電化學窗口、良好的熱穩(wěn)定性和電化學性能等優(yōu)點，可應用于鋰系熱電池等領域。
文檔編號H01M6/36GK101587957SQ20091009979
公開日2009年11月25日申請日期2009年6月15日優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者屠曉華, 褚有群, 馬淳安申請人:浙江工業(yè)大學

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