复合材料、其制备方法和水系锂离子电池.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010410185.9 (22)申请日 2020.05.15 (71)申请人 宁波锋成纳米科技有限公司 地址 315500 浙江省宁波市西坞街道白杜 村奉郭公路10-1号 (72)发明人 吴志连李忆非李书顶张旭锋 王敏刚王耀国 (74)专利代理机构 北京元周律知识产权代理有 限公司 11540 代理人 王聪张莹 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 4/60(2006.01) H01M 10/36(20

2、10.01) C01B 25/45(2006.01) (54)发明名称 一种复合材料、 其制备方法和水系锂离子电 池 (57)摘要 本申请公开了一种聚离子液体/磷酸钛锂聚 阴离子化合物复合材料， 包括： 磷酸钛锂聚阴离 子化合物； 以及包覆在所述磷酸钛锂聚阴离子化 合物表面上的聚离子液体。 本申请还提供了聚离 子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的制 备方法以及一种水系锂离子电池。 本申请提供了 一种高效、 简单的合成方法， 通过该方法制备得 到的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合 材料， 可作为负极用于水系锂离子电池。 该负极 材料涵盖各种聚离子液体/磷酸钛化合物。 该水 系电池具有绝

3、对安全(不起火、 不爆炸)、 环境友 好、 成本可控和优异的低温性能等优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 111584841 A 2020.08.25 CN 111584841 A 1.一种聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 其特征在于， 包括： 磷酸钛锂聚阴离子化合物； 以及 包覆在所述磷酸钛锂聚阴离子化合物表面上的聚离子液体。 2.根据权利要求1所述的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 其特征在 于， 所述聚离子液体为咪唑类聚离子液体； 所述咪唑类聚离子液体的化学结构通式如下： 其中， X选自Cl、 Br中的至少一种； n12； 优选地， 所述聚离子液体

4、/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的粒径为1050 m。 3.权利要求12任一项所述的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的制备 方法， 其特征在于， 包括： a)使含有烷基硅基咪唑、 卤代腈的溶液反应， 得到离子液体单体； b)煅烧含有所述离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物的混合物， 聚合反应后， 得 到所述聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 4.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤a)中所述烷基硅基咪唑包括三甲 基硅基咪唑、 三乙基硅基咪唑、 三丙基硅基咪唑、 三丁基硅基咪唑中的至少一种； 所述卤代腈卤代腈包括氯乙腈、 氯丙腈、 溴乙腈、 溴丙腈中的至少一种；

5、 优选地， 步骤a)所述溶液中， 所述烷基硅基咪唑中硅元素:卤代腈中卤素元素的摩尔比 为1:13； 优选地， 步骤b)所述离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物的摩尔比为1:520。 5.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤a)中反应为搅拌反应， 所述 搅拌反应的条件包括: 反应温度： 1035； 反应时间： 1530小时； 搅拌速率： 300600转/分钟。 6.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤a)还包括： 在所述反应结束之后， 对产物分离、 洗涤、 干燥的步骤。 7.根据权利要求6所述的制备方法， 其特征在于， 用有机溶剂进行所述洗涤， 所述有机 溶剂包括

6、乙醚、 丙酮、 乙醇、 甲醇、 环己烷、 石油醚、 乙酸乙酯中的至少一种； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111584841 A 2 所述干燥在真空下进行， 并且所述干燥的温度为90120。 8.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤b)中所述煅烧在非活性气体保护 下进行； 所述非活性气体选自氮气、 氦气、 氖气、 氩气、 氪气、 氙气中的至少一种； 优选地， 步骤b)中所述煅烧包括： 以210/min的升温速率升温至300500， 煅烧1 3小时。 9.一种水系锂离子电池， 其特征在于， 包括： 负极， 所述负极的负极材料包括权利要求1 2任一项所述的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴

7、离子化合物复合材料或由权利要求38任一 项所述的制备方法制备得到的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 10.根据权利要求9所述的水系锂离子电池， 其特征在于， 还包括： 正极、 正极集流体、 隔 离膜、 负极集流体和水系电解液； 所述正极的正极材料包括锂复合氧化物； 所述正极集流体的材料选自石墨、 不锈钢、 铝合金、 经过钝化处理的不锈钢或铝合金； 所述负极集流体的材料选自碳基材料、 金属或合金； 所述水系电解液中含有氯酸锂、 硫酸锂、 硝酸锂、 醋酸锂、 甲酸锂、 磷酸锂中的至少一 种； 优选地， 所述锂复合氧化物包括锰酸锂、 磷酸铁锂、 钴酸锂、 镍锰钴三元正极、 镍锰铝三 元正

8、极中的至少一种； 所述碳基材料包括玻璃碳、 石墨箔、 石墨片、 碳布、 碳毡、 碳纤维中的至少一种； 所述金属包括Ni、 Al、 Fe、 Cu、 Pb、 Ti、 Cr、 Mo或经过钝化处理的Ni、 Al、 Fe、 Cu、 Pb、 Ti、 Cr、 Mo中的至少一种； 所述合金包括不锈钢、 碳钢、 Al合金、 Ni合金、 Ti合金、 Cu合金、 Co合金、 Ti-Pt合金、 Pt- Rh合金或经过钝化处理的不锈钢、 碳钢、 Al合金、 Ni合金、 Ti合金、 Cu合金、 Co合金、 Ti-Pt合 金、 Pt-Rh合金中的至少一种。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111584841 A 3 一种

9、复合材料、 其制备方法和水系锂离子电池 技术领域 0001 本申请涉及一种聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料、 其制备方法和 水系锂离子电池， 属于储能领域。 背景技术 0002 水系锂离子电池是以无机盐的水溶液作为电解液的电池体系。 既避免了传统油系 锂电池的有机电解质的易燃问题， 又克服了传统水系电池(如铅酸电池)的高污染， 短寿命 的问题。 此外， 水系锂离子电池具有对环境友好、 低成本和快充性能好等优势， 因而逐渐受 到大规模储能市场的重视。 其中， 负极材料是水系锂离子电池容量和循环寿命等性能的重 要参数之一。 0003 迄今为止， 国内外已经研发了磷酸钛锂负极材料用于水系锂

10、离子电池， 但该材料 对水溶液中存在的氧气和氢氧根不稳定， 因而电池循环寿命低。 此外， 在低温下， 锂离子到 达磷酸钛锂负极以后， 在负极材料内部的扩散也变得不顺畅， 从而会导致磷酸钛锂负极材 料的低温性能很差。 低温性能限制了磷酸钛锂负极在电化学储能领域、 军工领域及极端环 境中的应用， 开发低温性能优异的锂离子电池是市场的迫切需求。 可见， 传统的磷酸钛锂聚 阴离子化合物负极理论容量较小， 稳定性差等缺陷。 0004 针对上述问题， 很多科研团队采用磷酸钛锂的碳包覆策略， 可从某种程度上提升 磷酸钛锂负极材料的稳定性， 但是碳膜致密包覆层会抑制电解液中锂离子与活性电极之间 的相互传输，

11、这严重阻碍了其容量的发挥， 碳包覆的磷酸钛锂聚阴离子化合物负极低温性 能差， 限制了其实际储能应用。 0005 离子液体， 又称为有机熔盐， 具有诸多优点， 比如液相范围宽、 离子电导率高、 不挥 发、 不可燃性、 电化学和热力学稳定性高等。 离子液体聚合后所形成的多孔聚离子液体材料 兼具常规聚合物、 多孔材料和离子液体的特殊性质， 比如体积密度低， 比表面积大、 及高化 学稳定性等。 此外， 高离子密度、 高极性、 和强静电场， 为聚离子液体的孔道提供了特殊的化 学环境。 因此， 我们可以 “量体裁衣” 定向制备功能化聚离子液体材料。 0006 有机/无机复合材料特别是聚合物/无机复合材料兼

12、具有机物的韧性和无机物的 强度， 是材料科学与工程领域最重要的发展方向。 发明内容 0007 根据本申请的第一方面， 提供了一种聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合 材料， 在水系电池中， 该聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的比容量达到了 80mAh/g， 低温性能优异， 优于之前其他磷酸钛锂聚阴离子化合物材料在水系电池中的性 能。 0008 所述聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 其特征在于， 包括： 磷酸钛 锂聚阴离子化合物； 以及包覆在所述磷酸钛锂聚阴离子化合物表面上的聚离子液体。 0009 可选地， 所述聚离子液体为咪唑类聚离子液体； 所述咪唑类聚离子液体的化学结

13、 说明书 1/7 页 4 CN 111584841 A 4 构通式如下： 0010 0011 其中， X选自Cl、 Br中的至少一种； n12。 0012 可选地， 所述聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的粒径为1050 m。 0013 根据本申请的第二方面， 提供了一种聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合 材料的制备方法， 包括： a)使含有烷基硅基咪唑、 卤代腈的溶液反应， 得到离子液体单体； b) 煅烧含有所述离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物的混合物， 聚合反应后， 得到所述 聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 在本申请中， 通过高温煅烧， 使离子液体 单体发生聚

14、合反应， 形成的聚离子液体包覆在磷酸钛锂聚阴离子化合物表面， 从而形成了 聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 0014 可选地， 步骤a)中所述烷基硅基咪唑包括三甲基硅基咪唑、 三乙基硅基咪唑、 三丙 基硅基咪唑、 三丁基硅基咪唑中的至少一种； 0015 所述卤代腈卤代腈包括氯乙腈、 氯丙腈、 溴乙腈、 溴丙腈中的至少一种。 0016 可选地， 步骤a)所述溶液中， 所述烷基硅基咪唑中硅元素:卤代腈中卤素元素的摩 尔比为1:13。 0017 优选地， 步骤a)所述溶液中， 所述烷基硅基咪唑中硅元素:卤代腈中卤素元素的摩 尔比为1:1、 1:1.1、 1:1.2、 1:1.3、 1:1

15、.4、 1:1.5、 1:1.6、 1:1.7、 1:1.8、 1:1.9、 1:2.0、 1:2.1、 1:2.2、 1:2.3、 1:2.4、 1:2.5、 1:2.6、 1:2.7、 1:2.8、 1:2.9、 1:3或各比值之间的任意值。 0018 可选地， 步骤a)所述溶液中， 所述烷基硅基咪唑中硅元素:卤代腈中卤素元素的摩 尔比为1:22.1。 0019 优选地， 骤a)所述溶液中， 所述烷基硅基咪唑中硅元素:卤代腈中卤素元素的摩尔 比为1:2。 0020 可选地， 所述步骤a)中反应为搅拌反应， 所述搅拌反应的条件包括:反应温度： 10 35； 反应时间： 1530小时； 搅拌速

16、率： 300600转/分钟。 0021 优选地， 反应温度为室温， 反应时间为24小时。 0022 可选地， 步骤a)还包括： 在所述反应结束之后， 对产物分离、 洗涤、 干燥的步骤。 0023 可选地， 所述干燥在真空下进行， 并且所述干燥的温度为90120。 0024 优选地， 所述干燥的干燥温度为105。 0025 可选地， 步骤b)所述溶液中， 所述咪唑类离子液体单体:磷酸钛锂聚阴离子化合物 的摩尔比为1:520。 说明书 2/7 页 5 CN 111584841 A 5 0026 优选地， 步骤b)所述溶液中， 所述咪唑类离子液体单体:磷酸钛锂聚阴离子化合物 的摩尔比为1:5、 1:

17、6、 1:7、 1:8、 1:9、 1:10、 1:11、 1:12、 1:13、 1:14、 1:15、 1:16、 1:17、 1:18、 1: 19、 1:20或各比值之间的任意值。 0027 可选地， 步骤b)中所述煅烧在非活性气体保护下进行； 所述非活性气体选自氮气、 氦气、 氖气、 氩气、 氪气、 氙气中的至少一种。 0028 优选地， 步骤b)中所述煅烧在氮气保护下进行。 0029 可选地， 步骤b)中所述煅烧包括： 以210/min的升温速率升温至300500， 煅烧13小时。 0030 优选地， 步骤b)中所述煅烧包括： 以5/min的升温速率升温至400， 煅烧2小时。 0

18、031 作为一种具体实施方式， 聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的制备 方法包括以下步骤： 0032 步骤A： 按照摩尔比1:2加入烷基硅基咪唑和卤代腈， 反应容器为圆底玻璃烧瓶， 将 反应物在室温下搅拌反应24小时。 0033 步骤B： 将生成物收集， 用有机溶剂洗涤除去杂质后， 在105下真空烘干， 得到咪 唑离子液体单体干粉。 步骤C： 按照摩尔比1： 8加入咪唑离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子 化合物并充分混合， 将上述干粉放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 400煅烧2小 时， 升温速率为5/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物

19、复合材料。 0034 所述聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的粒径为微米级； 0035 优选地， 所述二次颗粒的粒径为10 m20 m； 0036 根据本申请的第三方面， 提供了一种水系锂离子电池， 包括： 负极， 所述负极的负 极材料包括根据本申请第一方面所述的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料或 根据本申请第二方面所述的制备方法制备得到的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复 合材料。 0037 可选地， 水系锂离子电池， 还包括： 正极、 正极集流体、 隔离膜、 负极集流体和水系 电解液； 所述正极的正极材料包括锂复合氧化物； 所述正极集流体的材料选自石墨、 不锈 钢、 铝

20、合金、 经过钝化处理的不锈钢或铝合金； 所述负极集流体的材料选自碳基材料、 金属 或合金； 所述水系电解液中含有氯酸锂、 硫酸锂、 硝酸锂、 醋酸锂、 甲酸锂、 磷酸锂中的至少 一种。 0038 优选地， 所述水系电解液为硫酸锂水溶液。 0039 优选地， 所述水系电解液的浓度为1.52.5mol/L。 0040 可选地， 所述锂复合氧化物包括锰酸锂、 磷酸铁锂、 钴酸锂、 镍锰钴三元正极、 镍锰 铝三元正极中的至少一种； 所述碳基材料包括玻璃碳、 石墨箔、 石墨片、 碳布、 碳毡、 碳纤维 中的至少一种； 所述金属包括Ni、 Al、 Fe、 Cu、 Pb、 Ti、 Cr、 Mo或经过钝化处理

21、的Ni、 Al、 Fe、 Cu、 Pb、 Ti、 Cr、 Mo中的至少一种； 所述合金包括不锈钢、 碳钢、 Al合金、 Ni合金、 Ti合金、 Cu合金、 Co合金、 Ti-Pt合金、 Pt-Rh合金或经过钝化处理的不锈钢、 碳钢、 Al合金、 Ni合金、 Ti合金、 Cu 合金、 Co合金、 Ti-Pt合金、 Pt-Rh合金中的至少一种。 0041 作为一种具体实施方式， 本申请提供了一种水系全电池， 包括正极极片、 负极极 片、 隔离膜和水系电解液。 说明书 3/7 页 6 CN 111584841 A 6 0042 正极极片中， 所述正极活性材料为锂金属复合氧化物。 所述锂金属复合氧化物

22、为 锰酸锂、 磷酸铁锂、 钴酸锂、 镍锰钴三元正极、 镍锰铝三元正极中的至少一种。 0043 优选地， 所述电解液溶质以氯酸锂、 硫酸锂、 硝酸锂、 醋酸锂、 甲酸锂、 磷酸锂中的 至少一种形式存在于所述电解液中。 0044 优选地， 所述负极集流体的材料选自玻璃碳、 石墨箔、 石墨片、 碳布、 碳毡、 碳纤维 中的一种， 或Ni、 Al、 Fe、 Cu、 Pb、 Ti、 Cr、 Mo或经过钝化处理的上述金属中的一种， 或不锈钢、 碳钢、 Al合金、 Ni合金、 Ti合金、 Cu合金、 Co合金、 Ti-Pt合金、 Pt-Rh合金或经过钝化处理的上 述合金中的一种。 0045 在本申请中，“钝

23、化处理” 是指金属经氧化性介质处理， 经氧化性介质处理后， 其腐 蚀速度比原来未处理前有显著下降的现象称金属的钝化。 其目的是为了材料的防腐蚀。 0046 本申请能产生的有益效果包括： 0047 1)本申请提供的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的制备方法创造 性地使用有机离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物为前驱体， 通过聚合反应， 在分子 层次上实现复合材料内部有机和无机的组分的相互交联， 消除相界面从而大幅提高复合材 料的结构性能和电化学性能。 具体而言， 本申请通过三甲基硅基咪唑、 卤代腈和磷酸钛锂聚 阴离子化合物合成聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 可用作水系锂离

24、子电 池的负极活性材料。 0048 2)本申请提供的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料在水系锂离子半 电池中展现了较高的低温比容量， 平缓的电压平台和稳定的循环次数。 未来， 该类材料可匹 配更多成熟的正极材料， 构建高能量密度的水系锂离子全电池。 0049 3)水系电池中， 该聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料的比容量达到 了80mAh/g， 低温性能优异， 优于之前其他磷酸钛锂聚阴离子化合物材料在水系电池中的低 温性能。 0050 4)本申请提供了有机/无机复合电极材料的合成方法， 通过这种高效、 简单的合成 方法得到的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 可作为负

25、极用于水系锂离子 电池。 该合成的负极材料涵盖各种聚离子液体/磷酸钛化合物。 在本申请还测试了该聚离子 液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料在水系电池中的性能， 该水系电池具有绝对安全 (不起火、 不爆炸)、 环境友好、 成本可控和优异的低温性能等优点。 0051 5)通过优化合成工艺提高有机/无机复合材料电极的低温性能和循环使用寿命为 水系锂离子电池负极材料的设计提供了一种良好的研究思路。 此外， 该系列复合材料有望 应用于水溶液钠离子电池， 水溶液镁离子电池， 水溶液钙离子电池以及水溶液铝离子电池， 这将会大大拓宽该系列复合材料的应用领域。 附图说明 0052 图1为1#聚离子液体/磷酸钛

26、锂聚阴离子化合物复合材料的XRD图； 0053 图2为由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料作为 活性材料组装的水系半电池在25下的充放电曲线； 0054 图3为由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料作为 活性材料组装的水系半电池在25下的循环性能； 说明书 4/7 页 7 CN 111584841 A 7 0055 图4为由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料作为 活性材料组装的水系半电池在-10下的充放电曲线； 0056 图5为由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料作为 活性材料组装的水

27、系半电池在-10下的循环性能。 具体实施方式 0057 下面结合实施例详述本申请， 但本申请并不局限于这些实施例。 0058 如无特别说明， 本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。 0059 本申请的实施例中分析方法如下： 0060 利用深圳新威电池测试机(型号： CT-4008-5V20mA-164)进行电性能分析。 0061 利用德国布鲁克X射线粉末衍射仪(型号： D8 ADVANCE DAVINCI)进行XRD测试。 0062 实施例1 0063 步骤A： 按照三甲基硅基咪唑中硅元素:氯乙腈中氯素元素的摩尔比为1:2， 加入三 甲基硅基咪唑、 氯乙腈， 反应容器为圆底玻璃烧瓶， 将反

28、应物在室温下搅拌反应24小时， 搅 拌速率为400转/分钟。 0064 步骤B： 将生成物收集， 用甲醇洗涤除去杂质后， 在105下真空烘干， 得到离子液 体单体干粉。 0065 步骤C： 按照摩尔比1:8加入咪唑离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物并充分 混合， 将上述干粉放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 400煅烧2小时， 升温速率为 5/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 0066 实施例2 0067 步骤A： 按照三丁基硅基咪唑中硅元素:氯丙腈中氯元素的摩尔比为1:2.1， 加入三 丁基硅基咪唑、 氯丙腈和磷酸钛锂聚阴离子

29、化合物， 反应容器为圆底玻璃烧瓶， 将反应物在 10下搅拌反应30小时， 搅拌速率为400转/分钟。 0068 步骤B： 将生成物收集， 用乙醇洗涤除去杂质后， 在120下真空烘干， 得到干粉。 0069 步骤C： 按照摩尔比1:10加入咪唑离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物并充 分混合， 将上述干粉放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 500煅烧1小时， 升温速率 为10/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为2#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材 料。 0070 实施例3 0071 步骤A： 按照三乙基硅基咪唑中硅元素:溴乙腈中溴元素的摩尔比为1:1， 加入三乙 基硅基咪唑

30、、 溴乙腈和磷酸钛锂聚阴离子化合物， 反应容器为圆底玻璃烧瓶， 将反应物在35 下搅拌反应15小时， 搅拌速率为400转/分钟。 0072 步骤B： 将生成物收集， 用丙酮洗涤除去杂质后， 在90下真空烘干， 得到干粉。 0073 步骤C： 按照摩尔比1:5加入咪唑离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物并充分 混合， 将上述干粉放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 300煅烧3小时， 升温速率为 2/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为3#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料。 0074 实施例4 0075 步骤A： 按照三丙基硅基咪唑中硅元素:溴丙腈中溴元素的摩尔比为1:3，

31、加入三丙 说明书 5/7 页 8 CN 111584841 A 8 基硅基咪唑和溴丙腈， 反应容器为圆底玻璃烧瓶， 将反应物在20下搅拌反应24小时， 搅拌 速率为400转/分钟。 0076 步骤B： 将生成物收集， 用乙酸乙酯洗涤除去杂质后， 在100下真空烘干， 得到干 粉。 0077 步骤C： 按照摩尔比1： 20加入咪唑离子液体单体和磷酸钛锂聚阴离子化合物并充 分混合， 将上述干粉放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 400煅烧2.5小时， 升温速 率为5/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为4#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材 料。 0078 对比例1 0079 步

32、骤A： 在室温下， 按碳纳米管(CNTs)与磷酸钛锂的质量比为1： 19， 将CNTs与磷酸 钛锂粉末充分混合， 得黑色固体粉末。 0080 步骤B： 将上述黑色固体粉末放在石英舟中， 置于管式炉内， 于N2保护下， 400煅 烧2.5小时， 升温速率为5/min， 冷却后研磨， 所得干粉即为5#CNTs/磷酸钛锂复合材料。 0081 产物分析： 0082 以下以1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料样品为典型代表， 对产 物进行分析。 0083 采用X射线粉末衍射仪(XRD)对1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料 进行测试， 其XRD图如图1所示， 其XRD图如图1所示，

33、由图1可以看出制得的聚离子液体/磷酸 钛锂聚阴离子化合物复合材料不存在杂相。 0084 比容量测试： 0085 半电池组装： 0086 电解液： 2mol/L硫酸锂(Li2SO4)水溶液； 0087 隔膜： 玻璃纤维滤纸(孔隙率1 m以下， 厚度260 m左右)； 0088 负极活性材料： 活性炭布； 0089 正极活性材料： 聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料； 0090 流程： 将正极活性材料、 导电剂SP、 粘结剂PTFE按照质量比例为7:2:1， 在乙醇溶液 中混合搅拌形成泥浆状， 涂覆到不锈钢网上， 然后真空烘干， 作为半电池的正极使用。 正、 负 电极面积约为1.11.5c

34、m2， 正极活性物质的面密度约为25mgcm-2。 0091 所使用电池为CR2032纽扣电池。 0092 半电池组装完成后， 利用电池测试机对1#4#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合 物复合材料样品在不同温度下的比容量进行测试， 同时采用相同方法测试了以5#CNTs/磷 酸钛锂复合材料作为正极活性材料时的比容量作为对比， 测试结果如表1所示: 0093 表1 0094 说明书 6/7 页 9 CN 111584841 A 9 0095 0096 由表1中数据可以看出， 本发明制备的聚离子液体/磷酸钛锂复合材料具有良好的 低温性能， 在-10下的容量保持率为室温的62.5， 明显高于5#CNT

35、s/磷酸钛锂复合材料 对比样品。 0097 由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料作为活性 材料组装成水系半电池之后， 测试该水系半电池分别在25和-10下的电化学性能， 测试 结果见图2至图5。 图2为由本申请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合 材料组装的水系半电池在25下的充放电曲线； 图3为由本申请实施例1中1#聚离子液体/ 磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料组装的水系半电池在25下的循环性能； 图4为由本申 请实施例1中1#聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料组装的水系半电池在-10 下的充放电曲线； 图5为由本申请实施例1中1#聚离子液体

36、/磷酸钛锂聚阴离子化合物复合 材料组装的水系半电池在-10下的循环性能。 0098 由图2中曲线可得材料的首次充放电比容量为80mAh/g。 由图3可以看出制得的材 料有较好的循环性能， 100次循环的容量保持率达到了98.7。 由图4中曲线可得材料的低 温首次充放电比容量为50mAh/g。 由图5可以看出制得的材料的低温循环性能较好， 100次循 环的容量保持率为94.5。 说明了以本申请提供的聚离子液体/磷酸钛锂聚阴离子化合物 复合材料作为活性材料组装的电池具有较高的低温比容量和稳定的循环次数。 0099 综上， 本申请提供了一种高效、 简单的合成方法， 通过该方法制备得到的聚离子液 体/

37、磷酸钛锂聚阴离子化合物复合材料， 可作为负极用于水系锂离子电池。 该合成的负极材 料涵盖各种聚离子液体/磷酸钛化合物。 该水系电池具有绝对安全(不起火、 不爆炸)、 环境 友好、 成本可控和优异的低温性能等优点。 0100 以上所述， 仅是本申请的几个实施例， 并非对本申请做任何形式的限制， 虽然本申 请以较佳实施例揭示如上， 然而并非用以限制本申请， 任何熟悉本专业的技术人员， 在不脱 离本申请技术方案的范围内， 利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等 效实施案例， 均属于技术方案范围内。 说明书 7/7 页 10 CN 111584841 A 10 图1 图2 说明书附图 1/3 页 11 CN 111584841 A 11 图3 图4 说明书附图 2/3 页 12 CN 111584841 A 12 图5 说明书附图 3/3 页 13 CN 111584841 A 13