一种安全防爆防火水基锂电池制造技术

一种安全防爆防火水基锂电池，其由表面包覆有一层疏水凝胶膜的电极和水基电解液组成；所述的疏水凝胶膜是利用乙烯基咪唑含氮五元环与环糊精大环化合物之间的主客体作用，结合原子转移自由基聚合(ATRP) 原理制备；所述疏水凝胶膜的水接触角可以达到150°；所述的水基电解液是由结晶水的锂盐LiBETI（H2O）2.0和无水的锂盐LiOTf以3:1摩尔比同时溶解到水溶剂中得到。使用本发明专利技术安全防爆防火水基锂电池不仅可以忍耐与使用有机溶剂的商用锂离子电池同等的2.4~3.7伏的电压，还可以进一步满足电子设备在工作时电池电压必须要4.0伏的标准，并且还具备比市面上销售的锂离子电池大大缩短时间，实现快速充电、放电（6分钟）的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种安全防爆防火水基锂电池
本专利技术属于电化学工程与工艺装置领域，属于锂离子电池电解质方面，更具体的是涉及一种新型安全防爆防火水基锂电池的电极疏水凝胶膜，用于镍钴锰酸锂三元材料（NCM）、磷酸铁锂（LFP）等为正极的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为能储存电能、并在必要时释放电能的轻型高性能蓄电池，被广泛应用于手提式终端设备等日常用品以及多种产业领域的蓄电系统，目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。目前锂离子电池使用的电解液都加入了特殊的有机溶剂，有机溶剂不仅易燃、易爆引起火灾和爆炸事故，还有毒性，令人担心在发生事故时会对人体和环境产生不良影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：克服现有锂离子电池使用的电解液使用的有机溶剂易燃、易爆、有毒、安全性低的缺陷，提供一种安全防爆防火水基锂电池，不仅解决锂离子电池长期存在的电解质易燃易爆有毒的安全性问题，而且可以忍耐与使用有机溶剂的商用锂离子电池同等的2.4~3.7伏的电压，还可以进一步满足电子设备在工作时电池电压必须要4.0伏的标准。为了解决上述技术问题，本专利技术提出以下技术方案：一种安全防爆防火水基锂电池，其由表面包覆有一层疏水凝胶膜的电极和水基电解液组成；所述的疏水凝胶膜是利用乙烯基咪唑含氮五元环与环糊精大环化合物之间的主客体作用，结合原子转移自由基聚合(ATRP)原理制备；所述疏水凝胶膜的水接触角可以达到150°；所述疏水凝胶膜的制备方法包括下列步骤：步骤1：将乙烯基咪唑(VI)、环糊精大环化合物、含双键的有机单体和交联剂在烧杯中混合均匀；步骤2：加入引发剂，在60℃下反应30-60min；步骤3：加入催化剂反应10-30min，促进凝胶的形成；步骤4：将低表面能物质溶解于正己烷中，加入步骤3所得的凝胶中，反应12h后60℃取出烘干；所述的乙烯基咪唑(VI)的含量为1～40重量份；所述的环糊精大环化合物含量为1～40重量份；所述含双键的有机单体为下列物质中的一种或多种的混合物：丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯等，其含量为20～90重量份；所述交联剂含量为1～20重量份；所述的引发剂含量为0.01～5重量份；所述催化剂含量为0.001～2重量份；所述低表面能物质为下列物质中的一种或多种的混合物：甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷等，其含量为0.002～10重量份；所述的水基电解液是由结晶水的锂盐LiBETI（H2O）2.0和无水的锂盐LiOTf以3:1摩尔比同时溶解到水溶剂中得到。上述技术方案的进一步限定在于，所述的环糊精大环化合物为下列物质中的一种或多种的混合物：α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精以及基于环糊精合成物。上述技术方案的进一步限定在于，所述交联剂为下列物质中的一种或两种的混合物：丙烯酸、甲基双丙烯酰胺。上述技术方案的进一步限定在于，所述的引发剂为下列物质中的一种或多种的混合物：过硫酸胺、偶氮二异丁腈、溴代乙酸乙酯、重铬酸钾、过氧化二苯甲酰。上述技术方案的进一步限定在于，所述催化剂为下列物质中的一种或多种的混合物：1，10-邻二氮菲、溴化亚铜、四甲基乙二胺。上述技术方案的进一步限定在于，所述水基电解液的浓度达到了29M，LiBETI为22M，LiOTf为7M。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：1、以水为主体的液体之所以不适合作为锂离子电池的电解质溶液是因为水通常加压到1.2伏时会分解成氢气和氧气。但是本专利技术一种新型安全防爆防火水基锂电池，不仅可以忍耐与使用有机溶剂的商用锂离子电池同等的2.4-3.7伏的电压，还可以进一步满足电子设备在工作时电池电压必须要4.0伏的标准，并且还具备比市面上销售的锂离子电池大大缩短时间，实现快速充电、放电（6分钟）的优点。2、相比有机电解质溶液，水性电解质溶液不易燃烧，安全可靠，绿色环保，更具有应用前景，可以解决锂离子电池长期存在的电解质易燃易爆的安全性问题。3、本专利技术能大大地加快要求安全性和低价格的电动汽车和家用大型蓄电池的开发，并为IoT时代的电力系统带来重大变革。附图说明图1是以锂离子为对电极的镍钴锰酸锂三元材料（NCM）在锂离子电池水系电解质溶液中的典型充放电曲线。图2是以锂离子为对电极的磷酸铁锂（LFP）材料在锂离子电池水系电解质溶液中的循环性能。具体实施方式本专利技术提出一种安全防爆防火水基锂电池，由表面包覆有一层疏水凝胶膜的电极和水基电解液组成。所述的疏水凝胶膜是利用乙烯基咪唑含氮五元环与环糊精大环化合物之间的主客体作用，结合原子转移自由基聚合(ATRP)原理制备。所述疏水凝胶膜的水接触角可以达到150°。所述疏水凝胶膜的制备方法包括下列步骤：步骤1：将乙烯基咪唑(VI)、环糊精大环化合物、含双键的有机单体和交联剂在烧杯中混合均匀；步骤2：加入引发剂，在60℃下反应30-60min；步骤3：加入催化剂反应10-30min，促进凝胶的形成；步骤4：将低表面能物质溶解于正己烷中，加入步骤3所得的凝胶中，反应12h后60℃取出烘干。所述的乙烯基咪唑(VI)的含量为1～40重量份。所述的环糊精大环化合物为下列物质中的一种或多种的混合物：α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精以及基于环糊精合成物，其含量为1～40重量份。所述含双键的有机单体为下列物质中的一种或多种的混合物：丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯等，其含量为20～90重量份。所述交联剂为下列物质中的一种或两种的混合物：丙烯酸、甲基双丙烯酰胺，其含量为1～20重量份。所述的引发剂为下列物质中的一种或多种的混合物：过硫酸胺、偶氮二异丁腈、溴代乙酸乙酯、重铬酸钾、过氧化二苯甲酰，其含量为0.01～5重量份。所述催化剂为下列物质中的一种或多种的混合物：1，10-邻二氮菲、溴化亚铜、四甲基乙二胺，其含量为0.001～2重量份。所述低表面能物质为下列物质中的一种或多种的混合物：甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷等，其含量为0.002～10重量份。所述的水基电解液是由结晶水的锂盐LiBETI（H2O）2.0和无水的锂盐LiOTf以3:1摩尔比同时溶解到水溶剂中得到。所述水基电解液的浓度达到了29M，LiBETI为22M，LiOTf为7M。实施例1取乙烯基咪唑(VI：1g)、β-环糊精(20g)、含双键的有机单体（丙烯酸羟丙酯）(HPA，20g)、交联剂甲基双丙烯酰胺(MBAA，5g)、引发剂过硫酸胺(APS，1g)、催化剂四甲基乙二胺(TMEDA，0.5g)，将上述反应物加入到烧杯中并混合均匀，于水浴中反应30min，反应温度为60℃。凝胶形成后，取出备用。将1g低表面能物质（三氯甲基硅烷）溶解于50mL正己烷中，并将凝胶置于该溶液中，反应12h后60℃取出烘干。将含结晶水的锂盐LiBETI（H2O）2.0和无水的锂盐LiOTf以3:1摩尔比同时溶解到水溶剂中，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全防爆防火水基锂电池，其特征在于，其由表面包覆有一层疏水凝胶膜的电极和水基电解液组成；所述的疏水凝胶膜是利用乙烯基咪唑含氮五元环与环糊精大环化合物之间的主客体作用，结合原子转移自由基聚合(ATRP) 原理制备；所述疏水凝胶膜的水接触角可以达到150°；所述疏水凝胶膜的制备方法包括下列步骤：步骤1：将乙烯基咪唑(VI)、环糊精大环化合物、含双键的有机单体和交联剂在烧杯中混合均匀；步骤2：加入引发剂，在60℃下反应30‑60min；步骤3：加入催化剂反应10‑30min，促进凝胶的形成；步骤4：将低表面能物质溶解于正己烷中，加入步骤3所得的凝胶中，反应12h后60℃取出烘干；所述的乙烯基咪唑(VI)的含量为1 ～ 40重量份；所述的环糊精大环化合物含量为1 ～ 40重量份；所述含双键的有机单体为下列物质中的一种或多种的混合物：丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯等，其含量为20 ～ 90重量份；所述交联剂含量为1 ～ 20重量份；所述的引发剂含量为0.01 ～ 5重量份；所述催化剂含量为0.001 ～ 2重量份；所述低表面能物质为下列物质中的一种或多种的混合物：甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷、1H，1H，2H，2H‑ 全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷等，其含量为0.002 ～ 10重量份；所述的水基电解液是由结晶水的锂盐LiBETI（H2O）2.0和无水的锂盐LiOTf以3:1摩尔比同时溶解到水溶剂中得到。...

【技术特征摘要】
1.一种安全防爆防火水基锂电池，其特征在于，其由表面包覆有一层疏水凝胶膜的电极和水基电解液组成；所述的疏水凝胶膜是利用乙烯基咪唑含氮五元环与环糊精大环化合物之间的主客体作用，结合原子转移自由基聚合(ATRP)原理制备；所述疏水凝胶膜的水接触角可以达到150°；所述疏水凝胶膜的制备方法包括下列步骤：步骤1：将乙烯基咪唑(VI)、环糊精大环化合物、含双键的有机单体和交联剂在烧杯中混合均匀；步骤2：加入引发剂，在60℃下反应30-60min；步骤3：加入催化剂反应10-30min，促进凝胶的形成；步骤4：将低表面能物质溶解于正己烷中，加入步骤3所得的凝胶中，反应12h后60℃取出烘干；所述的乙烯基咪唑(VI)的含量为1～40重量份；所述的环糊精大环化合物含量为1～40重量份；所述含双键的有机单体为下列物质中的一种或多种的混合物：丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯等，其含量为20～90重量份；所述交联剂含量为1～20重量份；所述的引发剂含量为0.01～5重量份；所述催化剂含量为0.001～2重量份；所述低表面能物质为下列物质中的一种或多种的混合物：甲基三乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：文仁光，吴堪，张龙，
申请(专利权)人：深圳市希顺有机硅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44