專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于同系物的全氟有機(jī)熔鹽電解質(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)明涉及一種全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，尤 其是在鋰系熱電池中的應(yīng)用。
(二)
背景技術(shù)：
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(yīng)用。熔鹽在較寬溫度范圍內(nèi)具有低的蒸汽壓，低的粘度和良好 的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。
由于熔鹽性能的特殊性，它在熱電池中也有廣泛的應(yīng)用。熱電池 是一種儲(chǔ)備式電池，它利用電池本身的加熱系統(tǒng)把不導(dǎo)電的固體狀態(tài) 電解質(zhì)加熱熔融呈現(xiàn)離子型導(dǎo)體而進(jìn)入工作狀態(tài)的一種熱激活儲(chǔ)備 電池。熱電池具備放電密度大，比能量和比功率高，激活時(shí)間短等優(yōu) 點(diǎn)， 一直在軍事領(lǐng)域中占有重要的地位。近來(lái)，將熱電池應(yīng)用到民用 工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)引起了研究工作者的興趣，而其中地?zé)岷褪吞烊粴饪?探用熱電池被認(rèn)為是其中最具代表性的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，由于民用工
業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用環(huán)境的特殊性，因此，研究工作者認(rèn)為開(kāi)發(fā)熔點(diǎn)低于300。C 的熔鹽電解質(zhì)是將熱電池應(yīng)用到民用工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)的鋰系熱電池電解質(zhì)LiCl-KCl，由于其熔點(diǎn)專(zhuān)交高，因而4艮難 被應(yīng)用到民用工業(yè)領(lǐng)域。事實(shí)上，已有許多研究工作致力于開(kāi)發(fā)新型 的電解質(zhì)體系，以求熱電池能有更廣闊的應(yīng)用前景。專(zhuān)利 US20080299447A1介紹了 一系列新型電解質(zhì)體系，但由于這類(lèi)熔鹽 電解質(zhì)是基于氟化、氯化和溴化鹽而開(kāi)發(fā)的，因此熔點(diǎn)仍舊較高。非專(zhuān)利資料(P. Masset, J. Power source 160 (2006) 688-697)介紹了 一類(lèi)含 碘化鹽的電解質(zhì)體系，其熔點(diǎn)較低，但是碘化鹽極易潮解和氧化，而 且價(jià)格非常昂貴，因而沒(méi)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(diǎn)，而且價(jià)格低廉，但是硝酸熔鹽具有很強(qiáng)的氧化 性，容易與高活性的陽(yáng)極材料反應(yīng)，從而導(dǎo)致了電池使用的安全隱患。 化工學(xué)報(bào)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(zhì)LiTFSI/NaTf的熱學(xué)和電化學(xué)性能"，該文章公開(kāi)了 LiN(CF3S02)2-CF3S03Na二元熔鹽電解質(zhì)體系。此外，五/e"racZ/e附/c"/ 朋J 5W/^S加e丄幼era在2009年第4期披露了本發(fā)明發(fā)明人的另一項(xiàng) 研究成果"Thermal and Electrochemical Performance of Binary Molten Salt Electrolyte Based on LiTFSI and CF3S03K，，。該文章公開(kāi)了 LiN(CF3S02)2-CF3S03K二元熔鹽電解質(zhì)體系。上述兩個(gè)熔鹽電解質(zhì)體 系雖然在整體性能上已經(jīng)可以滿(mǎn)足鋰系熱電池應(yīng)用的需要，然而這兩 個(gè)體系在熱穩(wěn)定性及電導(dǎo)率方面還有待提高?？紤]到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的 溫度分布非常復(fù)雜，因此存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)二元熔鹽電解質(zhì)體系 LiN(CF3S02)2-CF3S03Na和 LiN(CF3S02)2-CF3S03K存在熱穩(wěn)定性和電導(dǎo)率方面的問(wèn)題，本發(fā)明 提供了一種具有低熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、良好的熱穩(wěn) 定性和電化學(xué)性能的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下 一種全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)，由CF3S03Li與CF3S03Na或 CF3S03K制成，其中CF3SOsLi的摩爾分?jǐn)?shù)為10~40%。進(jìn)一步，所
4述的CF3S03Li的摩爾分?jǐn)?shù)優(yōu)選為10 ~ 30°/。。
由于所選取的原料CF3S03Li與CF3S03Na或CF3S03K本身性能 優(yōu)越且為同系物，因此由它們制備的熔鹽體系，熱穩(wěn)定性好，電導(dǎo)率 高，性能上面更出色。
本發(fā)明還提供了 一種所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)的制備方法，具 體的制備方法如下按比例分別稱(chēng)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(jī)熔鹽電解質(zhì)。
進(jìn)一步，優(yōu)選在稱(chēng)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(jī)熔鹽體系具有低熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率、較寬的 電化學(xué)窗口、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，可應(yīng) 用于鋰系熱電池等領(lǐng)域。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)
本發(fā)明通過(guò)對(duì)原料的選擇和組合，由于所選取的原料CF3S03Li 與CF3S03Na或CF3S03K本身性能優(yōu)越且為同系物，因此由它們制 備的熔鹽體系熱穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高，性能上面更出色，從而，使得 本發(fā)明制得的全氟有機(jī)熔鹽體系具有低熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率、較寬的電化 學(xué)窗口、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，能夠符合鋰系熱電池 應(yīng)用到民用工業(yè)領(lǐng)域電解質(zhì)熔點(diǎn)低于300。C的要求。
(四)具體實(shí)施例
下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā) 明的保護(hù)范圍不限于此 實(shí)施例1:分別稱(chēng)取干燥后的CF3S03Li lg和CF3S03K 4 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。/人該混合后的熔鹽中稱(chēng)耳又10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測(cè)量其熱學(xué)性質(zhì)，測(cè)得其熔點(diǎn) 為192。C，熱分解溫度在420。C以上。
將該樣品放入自行設(shè)計(jì)用來(lái)測(cè)量熔鹽電導(dǎo)率的電導(dǎo)池中，使用 AutoLab PGSTAT 30型電化學(xué)工作站，采用交流阻抗的方法在頻率為 100 KHz~l Hz范圍內(nèi)測(cè)量其電導(dǎo)率，其在270。C時(shí)的電導(dǎo)率為 54mS/cm。
將該樣品裝入工作電極為直徑為60 (am鉑微盤(pán)電極、輔助電極和 參比電極為直徑為3mm的鉑絲的電解池中，并且將該裝配好的電解 池置于250。C油浴中。使用AutoLab PGSTAT 30型電化學(xué)工作站測(cè)量 其電化學(xué)穩(wěn)定窗口，掃描速度為10 mV/s，溫度為250。C時(shí)，測(cè)得其 電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.5 V。 實(shí)施例2:
分別稱(chēng)取干燥后的CF3S03Li 3.6g和CF3S03Na 10 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(chēng)取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測(cè)量其熱學(xué)性質(zhì)，測(cè) 得其熔點(diǎn)為210°C,熱分解溫度在420。C以上。其在270。C時(shí)的電導(dǎo) 率為52mS/cm,溫度為250。C時(shí)，測(cè)得其電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.4 V。 實(shí)施例3:
分別稱(chēng)取干燥后的CF3S03Li 1.8g和CF3S03K 16.5 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(chēng)取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測(cè)量其熱學(xué)性質(zhì)，測(cè) 得其熔點(diǎn)為206°C，熱分解溫度在420。C以上。其在270。C時(shí)的電導(dǎo) 率為76mS/cm，溫度為250。C時(shí)，測(cè)得其電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.5 V。 實(shí)施例4:
分別稱(chēng)取干燥后的CF3S03Li 1.7g和CF3S03Na 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(chēng)取10 mg左右用Pyris Diamond TG/DTA(Seiko Instruments)熱重分析儀測(cè)量其熱學(xué)性質(zhì)，測(cè) 得其熔點(diǎn)為216°C,熱分解溫度在420。C以上。其在270。C時(shí)的電導(dǎo) 率為70mS/cm,溫度為250。C時(shí)，測(cè)得其電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.4 V。
權(quán)利要求
1、一種全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)，由CF3SO3Li與CF3SO3Na或CF3SO3K制成，其中CF3SO3Li的摩爾分?jǐn)?shù)為10～40％。
2、 如權(quán)利要求1所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)，其特征在于所述的 CF3S03Li的摩爾分?jǐn)?shù)為10~30%。
3、 一種如權(quán)利要求1所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)的制備方法，其特 征在于所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)由CF3S03Li與CF3S03Na或 CF3S03K制成，其中CF3S03Li的摩爾分?jǐn)?shù)為10~40%;具體的制備 方法如下按比例分別稱(chēng)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(jī)熔鹽電解質(zhì)。
4、 如權(quán)利要求3所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在 于在稱(chēng)取原料組分之前，將所有原料組分充分干燥。
5、 如權(quán)利要求1所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)在鋰系熱電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于同系物的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，所述的全氟有機(jī)熔鹽電解質(zhì)由CF₃SO₃Li與CF₃SO₃Na或CF₃SO₃K制成，其中CF₃SO₃Li的摩爾分?jǐn)?shù)為10～40％。所述的制備方法如下按比例分別稱(chēng)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(jī)熔鹽電解質(zhì)。本發(fā)明所述熔鹽電解質(zhì)具有低熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，且制備方法簡(jiǎn)單易操作，所用原料均為普通易得的化學(xué)試劑，可應(yīng)用于鋰系熱電池等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M6/36GK101587955SQ200910099790
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者屠曉華, 褚有群, 馬淳安 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)