一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法技术

本发明专利技术提出一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法，所述凝胶剂是先将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合研磨得到复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物与氨水混合后喷覆在复合微粒表面，最后将制得包覆型复合微粒与分散剂利用气流混合机完全分散而制得。本发明专利技术提供的专用凝胶剂添加在电解液的初期不会产生凝胶，大幅改善了现有电解液凝胶化处理后难以均匀灌注使用的缺陷，而灌注化成可完全均匀浸润隔膜和电极，增加了电解液粘稠性，由液态转变为凝胶态，提升了电解液的安全性。

Gel for semi solid electrolyte of lithium battery and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法
本专利技术涉及锂电池电解质
，特别是涉及一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法。
技术介绍
随着汽车产业的快速发展，以及对环境污染的严格控制，目前电动汽车已成为当今汽车业的一个发展主流。锂电池作为目前汽车动力电池的主流技术，市场逐步成熟。锂电池主要由正极材料、负极材料和电解液组成。随着锂离子电池向三元高能量密度的发展，对电解液的要求越来越高。锂离子电池的电解液是由有机溶剂、电解质锂盐和功能添加剂组成。电解液在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用，对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等起着至关重要的作用。目前普遍采用液态锂离子电池，其主要以六氟磷酸锂溶解在溶剂作为电解液。由于采用了液体的电解液，因此，通常采用硬质的铝壳进行包装，不但增加了重量，而且存在渗漏、爆炸等隐患。电解液锂电池能量密度大，但安全性、充放电稳定性、使用寿命一直存在问题，成为制约其发展的瓶颈。根据现有锂电池发展现状，针对锂电池三元正极不稳定性、石墨负极易剥离性，以及电解液自身易燃，易产生气体胀气等问题，目前主要通过在电解液中加入添加剂进行解决，但解决程度有限。特别是三元锂电池存在很多缺陷，安全问题十分令人担忧。三元材料都非常容易发热。如果不能把热量及时传导出去，电池就有爆炸的风险。然而现阶段，在电池的安全性、可靠性上，很难依靠在电解液加入添加剂解决。新能源汽车对动力电池能量密度的要求都很高。在现有技术路线的体系下，要提高能量密度，只能提高三元镍材料，但高镍的热稳定性很差。所以，传统的三元锂电池一旦能量密度提高，也意味着稳定性的下降，电池内部热反应会非常剧烈，安全就成了很大的问题。基于现有电解液锂电池的安全问题，使用固态电解质成为发展的方向。固体电解质电池由于固态电池电极和电解质都由固态物质制成，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，即使被加热到非常高的温度，也不会着火，因而安全性更高。固态锂电与目前锂电池的最大区别在于固态电解质，固态锂电采用固态电解质以后，一方面可以提升电池的电压平台，进一步提升电池的能量密度；另一方面，在固-固反应中减少了气体的排放，提升了电池的安全性能。尽管固态锂电池相较于目前主流电解液锂电池有许多优点，但固态锂电池技术受固态电解质技术电导率低、界面阻抗过大、循环次数低等技术难点，短期内很难快速产业化。为此，凝胶态、半固态、准固态电池在技术上相对较易实现，成为发展的主流。中国专利技术专利申请号201810593201.5公开了一种锂电池聚合物凝胶电解质，包括复配聚合物，增塑剂和锂盐电解质构成，在制备过程中，先将聚丙烯腈水解，再将水解后的聚丙烯腈用强酸酸化，随后将酸化聚丙烯腈溶解后，加入氯化亚砜，加热反应后，回收溶剂，得改性水解聚丙烯腈；再将改性水解聚丙烯腈和多醛基海藻酸钠按质量比为3:1-5:1复配，得复配聚合物；随后将复配聚合物和增塑剂混合后，加热搅拌反应，再加入锂盐电解质，搅拌混合均匀后，制膜，即得锂电池聚合物凝胶电解质。中国专利技术专利申请号201811221369.X公开了一种锂电池凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：（1）避光条件下，向锂盐电解液中加入聚氨酯丙烯酸酯和活性稀释剂，并混合均匀，制备电解质浆料；（2）向电解质浆料中加入10-15wt%的相变材料微胶囊并混合均匀；（3）再向电解质浆料中3%的光引发剂，由紫外光照射成凝胶状电解质。为了解决现阶段锂电池凝胶态电解质的使用中，由于凝胶态不同于电解液，存在流动性差的缺陷，使得采用现有直接制备的凝胶在灌注的方法导致凝胶电解液与隔膜、电极浸润性变差的问题，有必要提出一种新型锂电池电解质用凝胶剂，进而提高改善凝胶电解质与隔膜、电极的浸润性。
技术实现思路
针对目前锂电池用凝胶电解质使用不便，与隔膜、电极浸润不充分的缺陷，以及灌注后再反应形成凝胶工艺复杂的问题，本专利技术提出一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法，从而使得凝胶电解质与隔膜、电极可完全均匀浸润，同时提升了电解液的安全性。。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，具体制备方法如下：（1）将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合后冷冻研磨，得到粒径在10μm以下的复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物均匀分散于氨水中，接着将得到的分散液通过高压雾化设备喷覆于复合微粒表面，最后干燥，得到包覆型复合微粒；（2）将包覆型复合微粒与分散剂混合均匀，然后加入气流混合机中，通过强气流分散和撞击，使复合微粒完全分散，出料，即得锂电池半固态电解质专用凝胶剂。优选的，所述聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲脂、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈中的一种或两种以上的组合。优选的，所述阻燃剂为聚磷腈。优选的，所述多孔无机物为纳米级的沸石粉、氧化铝气凝胶、氧化硅气凝胶的一种或两种以上的组合。优选的，步骤（1）中所述高压雾化的压力为10-30bar，喷雾流量为1.2-3L/min。羟丙基甲基纤维素属于非离子型纤维素混合醚中的一个品种，是一种半合成的、不活跃的、黏弹性的聚合物，可作为分散悬浮、增稠、乳化和胶粘剂用。羟丙基甲基纤维素实际是一种经环氧丙烷改性的甲基纤维素，具有与甲基纤维素相仿的冷水溶性和热水不溶的特性，当环境温度超过一定温度时，纤维素醚会从水中析出，失去保水性，实现凝胶化。由于改性后含有羟丙基，使其在热水中凝胶化的温度较甲基纤维素大大提高。因此，本专利技术通过加入羟丙基甲基纤维素纸杯凝胶剂，不但可有效辅助凝胶形成，而且在电解液产生水时，易于发生水合作用，从而固定水，避免电解液劣化，提高电解液的安全性。优选的，步骤（1）中，聚合物基体、羟丙基甲基纤维素、阻燃剂、全氢聚硅氮烷、多孔无机物、氨水的质量比例为100:15-25:2-5:8-15:10-20:30-60。氨水选用市售的20wt%的氨水。优选的，所述分散剂为12-羟基硬脂酸。优选的，步骤（2）中所述气流混合机中，采用压缩空气进行混合，压缩空气的压力为0.8-1.5MPa，混合4-8min。优选的，步骤（2）中，包覆型复合微粒、分散剂的质量比例为100:1-3。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂，所述凝胶剂是先将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合研磨得到复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物与氨水混合后喷覆在复合微粒表面，最后将制得包覆型复合微粒与分散剂利用气流混合机完全分散而制得。进一步的，本专利技术通过将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素冷冻研磨为纳米级微粒，利用全氢聚硅氮烷在氨水体系中水解为二氧化硅微膜的性质，将多孔无机物粘附包覆在复合微粒表面，该复合微粒作为凝胶剂使用时，直接添加在电解液中，具有优异的微粒分散性，但不会形成凝胶，可以传统电解液的注液方式进行注液，具有优异的流动性，能够充分浸润电极、隔膜；注液后，凝胶剂表面包覆层具有无机微孔，在加热化成时，电解液的溶剂缓慢浸入凝胶剂，聚合物基体材料与无机微孔材料形成凝胶框架，有利于电解液中锂盐的解离和锂离子的快速传递。现有的锂电池凝胶电解质存在使用不便，与隔膜、电极浸润不充分的缺陷，而将灌注凝胶电解质灌注后再反应形成凝胶工艺的较为复杂，限制了其应用。鉴于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：（1）将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合后冷冻研磨，得到粒径在10μm以下的复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物均匀分散于氨水中，接着将得到的分散液通过高压雾化设备喷覆于复合微粒表面，最后干燥，得到包覆型复合微粒；（2）将包覆型复合微粒与分散剂混合均匀，然后加入气流混合机中，通过强气流分散和撞击，使复合微粒完全分散，出料，即得锂电池半固态电解质专用凝胶剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：（1）将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合后冷冻研磨，得到粒径在10μm以下的复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物均匀分散于氨水中，接着将得到的分散液通过高压雾化设备喷覆于复合微粒表面，最后干燥，得到包覆型复合微粒；（2）将包覆型复合微粒与分散剂混合均匀，然后加入气流混合机中，通过强气流分散和撞击，使复合微粒完全分散，出料，即得锂电池半固态电解质专用凝胶剂。2.根据权利要求1所述的一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲脂、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为聚磷腈。4.根据权利要求1所述的一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂的制备方法，其特征在于，所述多孔无机物为纳米级的沸石粉、氧化铝气凝胶、氧化硅气凝胶的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾军堂，陈庆，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51