本發明涉及離子液體與新能源電池電解質材料復合，具體而言，涉及超離子導體電解質及其制備方法、雜化超離子導體電解質、準固態柔性超離子導體電解質、堿性電池超離子導體電解質和儲能設備。

背景技術：

1、電解質是電化學儲能設備的重要組成部分之一，電解質的穩定性及離子電導率是決定電池性能的關鍵(陳人杰,趙桃林著《離子液體電解質》科學出版社2023年第一版)。電解質的高電導率是減少li+遷移阻力、提高電池倍率性能的重要保證，決定了離子電池的快速充放電性能。提高電解質的電導率，特別是低溫條件下的離子電導率，對于拓寬鋰離子電池的實際應用范圍、實現極端條件下的應用具有特別重要的意義(李福軍編著《二次電池科學與技術》科學出版社2021年第一版)。

2、電池的安全性被認為是比性能更重要的問題，揮發性有機溶劑的大量使用對電池的安全性構成了主要威脅。有機溶劑易燃，在電池加熱、過充電或過放電、短路、高溫等條件下容易導致溫度升高，加速電池內部的熱量產生，過量的熱聚集在電池內部，使電極活性物質發生熱分解或使電解質氧化，產生大量氣體，引起電池內壓急劇升高，引發燃燒或爆炸等安全隱患。現有的離子電解質是在有機溶劑中溶有鋰/鈉鹽的離子導體，目前，具有高介電常數的代表性溶劑是碳酸酯類溶劑如碳酸乙烯酯(ec)，幾乎已經是所有鋰離子電池電解質中不可或缺的成分(陳人杰著《先進電池功能電解質材料》科學出版社2020年第一版)。

3、離子液體是完全由帶正電的陽離子和帶負電的陰離子組成的有機鹽，具有優良的電化學性能，如寬電化學窗口、高離子電導率、與電極材料的界面相容性。離子液體也是一種綠色設計溶劑，具有良好的熱穩定性、非揮發性和非可燃性，可替代揮發性有機溶劑，降低電解質有機溶劑對離子電導率的不利影響，并進一步提升電池的安全性，減少環境與健康傷害，實現真正的綠色清潔電池資源。總之，離子液體設計的靈活性和離子特性在電化學領域如電解質、電催化、超級電容器和電化學傳感器等中發揮著重要的作用(解則安,趙方湲,王一伊,等.離子液體在電化學中的應用[j].沈陽師范大學學報(自然科學版),2024,42(01):19-23.)。

4、然而，離子液體作為儲能設備電解質的性能仍需進一步優化。離子液體的電導率低、粘性高(其粘度比一般有機溶劑高1～2個數量級)，會使電池的倍率性能不理想；在鈉離子電池中，目前尚無理想的離子液體電解質配方能夠同時具有合適的電位窗口、快速離子傳導和應對極端溫度的能力(陳人杰,趙桃林著《離子液體電解質》科學出版社2023年第一版)。

5、寬溫域是指寬的工作溫度范圍。隨著鋰電池應用場景的不斷拓展，高、低溫鋰電池技術的開發迫在眉睫，而具有寬工作溫度范圍的液態電解液是其中的關鍵(戚世翰,王中升,郭康隆,等.寬溫域鋰電池電解液研究進展[j].科學通報,2022,67(24):2937-2949.)。理想的低溫電解質的標準為：(1)-40℃時的離子電導率高于1ms/cm，(2)能夠在-40℃～60℃的溫度范圍內工作(陳人杰著《先進電池功能電解質材料》科學出版社2020年第一版)。現有電解質材料在低溫下凝固使離子電導率顯著下降，而在高溫下容易產生熱分解并導致安全問題，無法滿足對寬工作溫度的要求。

6、中國專利cn?118530183?a公開了一種嘧啶類離子液體、其制備方法及其應用。該嘧啶類離子液體具有低粘度、對空氣和水穩定、與溶質相容性好，以及溶解能力優異等優點，作為一種適用于生物醫藥領域的功能化離子液體溶劑的應用。

7、中國專利cn?106058312?b公開了一種固態化離子液體電解質、其制備方法及應用，是在幾乎無水條件下和以氮氣、氬氣保護下合成的咪唑類離子液體雜化固態離子液體電解質，其在0℃、30℃和60℃下的離子電導率分別為0.79、1.91和4.79ms/cm，離子電導率低且工作溫度范圍窄，無法滿足理想的低溫電解質標準和更高的電化學性能要求。

8、因此，本發明的目的是設計一種可完全替代揮發性有機溶劑的離子液體電解質，并進一步提升電解質材料的離子電導率和工作溫度范圍。

9、鑒于此，特提出本發明。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種可完全替代揮發性有機溶劑的超離子導體電解質，并進一步提升電解質材料的離子電導率和工作溫度范圍。該超離子導體電解質具有超高離子電導率、熱穩定性、電化學穩定性、非揮發性和非可燃性；具有超離子導體和綠色溶劑的二重性，可替代揮發性有機溶劑，進一步提升電池電解質材料的穩定性、安全性和綠色環保性。滿足理想的低溫電解質標準，可在-46℃～+270℃的溫度范圍內工作。

2、本發明是這樣實現的：

3、第一方面，本發明提供一種超離子導體電解質，所述超離子導體電解質包括離子液體[a]x，其中，[a]代表陽離子部分，x代表陰離子部分，[a]來源于膽堿或其鹵化物，x來源于嘧啶羧酸衍生物。

4、在可選的實施方式中，[a]來源于下述結構式所示化合物中的任意一種：

5、

6、在可選的實施方式中，x來源于下述結構式所示化合物：

7、其中，r1選自h或羥基，r2選自c1-c4烷基；

8、優選地，x來源于下述結構式所示化合物中的任意一種：

9、

10、在可選的實施方式中，[a]與x的摩爾比為(1:1)～(14:1)，優選為(2:1)～(10:1)。

11、在可選的實施方式中，所述超離子導體電解質為純水系超離子導體電解質；所述純水系超離子導體電解質不含任何有機溶劑；

12、優選地，所述超離子導體電解質由水和離子液體[a]x組成；

13、優選地，離子液體[a]x在所述超離子導體電解質中的濃度為10-70wt％。

14、第二方面，本發明提供一種前述實施方式所述的超離子導體電解質的制備方法，包括：將形成陽離子[a]的原料和形成陰離子x的原料混合溶解；

15、優選地，在非真空條件下進行制備；

16、優選地，混合溶解的溫度為30-50℃，時間為10-30min；

17、優選地，利用水溶解形成陽離子[a]的原料和形成陰離子x的原料；

18、優選地，包括：將形成陽離子[a]的原料和形成陰離子x的原料加入少量水中，在常溫、常壓下常規攪拌至完全溶解，原位合成所需量的離子液體[a]x；補充水至總液量為100％。

19、第三方面，本發明提供一種雜化超離子導體電解質，其包括前述實施方式所述的超離子導體電解質和電解質添加劑；所述電解質添加劑為電解質鹽；

20、優選地，所述電解質鹽選自鋰鹽、鈉鹽、鋁鹽、鎂鹽、鋅鹽、銅鹽和金屬氧化物中的任意一種；

21、優選地，所述電解質鹽在所述雜化超離子導體電解質中的濃度為5-30wt％。

22、第四方面，本發明提供一種準固態柔性超離子導體電解質，其包括前述實施方式所述的超離子導體電解質和電解質添加劑；所述電解質添加劑為電解質鹽和聚合物；或者所述電解質添加劑為聚合物；

23、優選地，所述電解質鹽選自鋰鹽、鈉鹽、鋁鹽、鎂鹽、鋅鹽、銅鹽和金屬氧化物中的任意一種；

24、優選地，所述聚合物選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、瓊脂、卡拉膠、黃原膠、海藻酸鈉和纖維素中的任意一種；

25、優選地，所述電解質鹽在所述準固態柔性超離子導體電解質中的濃度為5-30wt％；

26、所述聚合物在所述準固態柔性超離子導體電解質中的濃度為5-20wt％。

27、第五方面，本發明提供一種堿性電池超離子導體電解質，其包括前述實施方式所述的超離子導體電解質和電解質添加劑；所述電解質添加劑選自氫氧化鈉和氫氧化鉀中的任意一種；

28、優選地，所述電解質添加劑在所述堿性電池超離子導體電解質中的濃度為5-15wt％。

29、第六方面，本發明提供一種儲能設備和電化學傳感器，其包括前述實施方式所述的超離子導體電解質、前述實施方式所述的雜化超離子導體電解質、前述實施方式所述的準固態柔性超離子導體電解質和前述實施方式所述的堿性電池超離子導體電解質中的至少一種，

30、優選地，所述儲能設備包括電池和超級電容器；

31、優選地，所述電池包括寬溫域鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池、鋅離子電池、銅離子電池和燃料電池中的任意一種。

32、本發明具有以下有益效果：本發明實施例提供一種超離子導體電解質，具有超高離子電導率、熱穩定性、電化學穩定性、非揮發性和非可燃性。特別是，具有超離子導體和綠色溶劑的二重性，繼而其自身便可以作為電解質使用。也可替代現有電解質中的揮發性有機溶劑，進一步提升電解質的安全性、穩定性和綠色環保性。同時，其滿足并超過理想的低溫電解質標準，可在-46℃～+270℃以上的范圍內工作，繼而可以用于制備寬溫域的鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池、鋅離子燃料電池、銅離子電池、超級電容器等儲能設備和電化學傳感器。