技术摘要：
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 全部
背景技术：
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。 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。 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，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。 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。 有机/无机复合材料特别是聚合物/无机复合材料兼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。
技术实现要素：
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。 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。 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 4 CN 111584841 A 说 明 书 2/7 页 构通式如下： 其中，X选自Cl、Br中的至少一种；n＝1～2。 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10～50μm。 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。 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； 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。 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1:1～3。 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、1:1.4、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。 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1:2～2.1。 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。 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：15～30小时；搅拌速率：300～600转/分钟。 优选地，反应温度为室温，反应时间为24小时。 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。 可选地，所述干燥在真空下进行，并且所述干燥的温度为90～120℃。 优选地，所述干燥的干燥温度为105℃。 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1:5～20。 5 CN 111584841 A 说 明 书 3/7 页 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、1:6、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。 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。 优选地，步骤b)中所述煅烧在氮气保护下进行。 可选地，步骤b)中所述煅烧包括：以2～10℃/min的升温速率升温至300～500℃， 煅烧1～3小时。 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。 作为一种
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 全部
背景技术：
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。 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。 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，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。 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。 有机/无机复合材料特别是聚合物/无机复合材料兼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。
技术实现要素：
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。 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。 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 4 CN 111584841 A 说 明 书 2/7 页 构通式如下： 其中，X选自Cl、Br中的至少一种；n＝1～2。 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10～50μm。 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。 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； 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。 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1:1～3。 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、1:1.4、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。 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1:2～2.1。 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。 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：15～30小时；搅拌速率：300～600转/分钟。 优选地，反应温度为室温，反应时间为24小时。 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。 可选地，所述干燥在真空下进行，并且所述干燥的温度为90～120℃。 优选地，所述干燥的干燥温度为105℃。 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1:5～20。 5 CN 111584841 A 说 明 书 3/7 页 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、1:6、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。 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。 优选地，步骤b)中所述煅烧在氮气保护下进行。 可选地，步骤b)中所述煅烧包括：以2～10℃/min的升温速率升温至300～500℃， 煅烧1～3小时。 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。 作为一种
