电解液凝胶、锂硫电池及制备方法技术

本发明专利技术提供一种电解液凝胶、锂硫电池及制备方法。其中，电解液凝胶是由含氰基的化合物、阴离子聚合的引发剂和锂硫电池的电解液形成的凝胶态电解质。本发明专利技术能够减轻充放电过程中多硫化物的“飞梭效应”，提高锂硫电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液凝胶、锂硫电池及制备方法
本专利技术涉及电解液凝胶和锂硫电池
，尤其涉及一种电解液凝胶、锂硫电池及制备方法。
技术介绍
近年来由于人类活动造成化石能源急剧下降，有些能源即将枯竭，而由此引起的环境恶化，资源不合理的运用，给人类的生活和生产都带来了不可小觑的影响。为了满足可再生能源战略的快速发展，以及高功率电动车、便携式电子设备以及大型医疗设施等方面的需求，开发高容量和高能量密度的新能源来推动社会发展和人类进步是刻不容缓的。众所周知，锂离子电池是在早期锂电池的基础上发展起来的锂二次电池，也是目前人类生产生活正在使用的二次电池，但是因为其电极材料的固有限制，很难实现高容量和高能量密度的突破。而锂硫电池除了其数倍于锂离子电池的理论容量，还具有来源广泛、廉价易得以及易于加工、无毒等优势，成为了许多研究者开展研究的焦点。锂硫电池作为最具有潜在应用价值的二次电池，而且是最有希望替代目前商品化的锂离子电池新能源电池，当然它也有其固有的缺陷，例如硫本身是近乎绝缘的、多硫化物可溶在电解液中、活性物质利用率低等，从而限制了其大规模的应用。广大的研究者通过几十年的研究，尤其是近十年，取得了重大的成果，但是很多研究都是围绕着正极材料的设计，例如多孔碳包覆，纳米管负载，石墨烯夹层，聚合物交联等等各种方法，虽然在一定程度上使得锂硫电池的电化学性能有了进一步的提高和稳定，但是合成工艺繁琐冗长，重复性差等缺点，限制了其商品化。另外，生活中很多动力电池发生爆炸，归根究底是锂电池内部有机电解质/电解液燃烧，引起电池燃烧甚至爆炸，带来汽车的安全隐患。现有技术公开了一种通过萃取的方法得到的凝胶电解质，但该萃取过程中溶剂很难完全挥发，从而导致电池的循环性能下降。鉴于此，如何提供一种电解液凝胶、锂硫电池及制备方法，以减轻充放电过程中多硫化物的“飞梭效应”，提高锂硫电池的循环性能成为目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术提供一种电解液凝胶、锂硫电池及制备方法，能够减轻充放电过程中多硫化物的“飞梭效应”，提高锂硫电池的循环性能。第一方面，本专利技术提供一种电解液凝胶，所述电解液凝胶是由含氰基的化合物、阴离子聚合的引发剂和锂硫电池的电解液形成的凝胶态电解质。可选地，所述含氰基的化合物，包括但不限于：丁二腈、氰乙基纤维素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一种或几种；所述含氰基的化合物在所述电解液凝胶中的重量含量为0.5-10％；和/或，所述阴离子聚合的引发剂，包括但不限于：正丁基锂、格氏试剂、六氟磷酸锂、吡啶、金属氨基化合物中的一种或者多种；所述阴离子聚合的引发剂在所述电解液凝胶中的重量含量为0.05％～1％。可选地，所述锂硫电池的电解液中含有锂盐，所述锂盐，包括但不限于：双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂中的一种或者几种；所述锂盐溶于所述锂硫电池的电解液的溶剂中，所述溶剂，包括但不限于：1,3-二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、氟代碳酸乙烯酯、聚乙二醇硼酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙烯醚中的一种或者几种；所述锂硫电池的电解液在所述电解液凝胶中的重量含量为89％～99％。第二方面，本专利技术提供一种上述电解液凝胶的制备方法，包括：将预设第一重量的含氰基的化合物完全溶解于锂硫电池的电解液中，得到第一混合溶液；将预设第二重量的阴离子聚合的引发剂完全溶解于所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液以预设温度加热一段时间，使所述第二混合溶液中的阴离子聚合的引发剂引发氰基发生环化反应或阴离子加成聚合反应，待其充分反应后降至室温，在氰基交联的同时，使所述锂硫电池的电解液形成电解液凝胶。可选地，所述第二混合溶液加热形成电解液凝胶的时间取决于所述第二混合溶液的体积；和/或，所述电解液凝胶的形成程度取决于所述含氰基的化合物和所述阴离子聚合的引发剂的添加量。第三方面，本专利技术提供一种上述电解液凝胶的制备方法，包括：将预设第一重量的含氰基的化合物完全溶解或分散在溶剂中得到含氰基化合物的溶液或分散液，并将该溶液或分散液涂布在锂硫电池隔膜的表面；将预设第二重量的阴离子聚合的引发剂完全溶解于锂硫电池的电解液中；将表面涂布有含氰基化合物的溶液或分散液的隔膜置于正极和负极之间组装好，并注入溶有阴离子聚合的引发剂的锂硫电池的电解液使正极、隔膜和负极得到充分浸润，以预设温度加热一段时间得到电解液凝胶。第四方面，本专利技术提供一种锂硫电池，包括：含硫正极、负极、位于正极与负极之间的隔膜和上述电解液凝胶。可选地，所述锂硫电池为纽扣电池、卷绕式或层叠式电池；和/或，所述锂硫电池的外包装为钢壳的硬包装或软塑包装；和/或，所述正极，包括：正极集流体及形成于所述正极集流体表面的正极材料层；和/或，所述负极，包括：负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层；和/或，所述正极材料层中所用活性材料，包括：单质的硫或者经过纳米包覆的含硫复合材料；和/或，所述负极材料层中所用活性材料，包括：人造石墨、天然石墨、碳纳米管、石墨烯或锂片；和/或，所述隔膜是具有多孔结构的薄膜；所述隔膜为通过拉伸方法生产的聚乙烯、聚丙烯的单层或复合隔膜、在单层或复合隔膜表面进行有机或无机涂覆后形成的复合隔膜、或者通过抄纸或电纺丝方法制备的具有微纤结构的玻璃纤维或高分子无纺布隔膜。第五方面，本专利技术提供一种上述锂硫电池的制备方法，包括：将隔膜置于正极和负极之间组装好；注入溶有含氰基的化合物、阴离子聚合的引发剂的锂硫电池电解液，使正极、隔膜和负极得到充分浸润；在氩气的气氛中，在无水、无氧的条件下以预设温度加热至所述阴离子聚合的引发剂分解引发交联和聚合，反应一段时间至电解液变色形成上述电解液凝胶，将凝胶型锂硫电池封口后，得到凝胶型锂硫电池。第六方面，本专利技术提供了一种上述锂硫电池的制备方法，包括：将表面涂布有含氰基化合物的溶液或分散液的隔膜置于正极和负极之间组装好；注入溶有阴离子聚合的引发剂的锂硫电池电解液，使正极、隔膜和负极得到充分浸润；在氩气的气氛中，在无水、无氧的条件下以预设温度加热至所述阴离子聚合的引发剂分解引发交联和聚合，反应一段时间至电解液变色形成上述电解液凝胶，将凝胶型锂硫电池封口后，得到凝胶型锂硫电池。由上述技术方案可知，本专利技术的电解液凝胶、锂硫电池及制备方法，能够减轻充放电过程中多硫化物的“飞梭效应”，提高锂硫电池的循环性能。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的一种电解液凝胶的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术一实施例提供的一种锂硫电池的制备方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的将电解液凝胶作为锂硫电池电解液进行循环性能和库伦效率测试的结果示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种电解液凝胶，所述电解液凝胶是由含氰基(-CN)的化合物、阴离子聚合的引发剂和锂硫电池的电解液形成的凝胶态电解质。在具体应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液凝胶，其特征在于，所述电解液凝胶是由含氰基的化合物、阴离子聚合的引发剂和锂硫电池的电解液形成的凝胶态电解质。

【技术特征摘要】
1.一种电解液凝胶，其特征在于，所述电解液凝胶是由含氰基的化合物、阴离子聚合的引发剂和锂硫电池的电解液形成的凝胶态电解质；其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纤维素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一种或几种；所述锂硫电池的电解液中含有锂盐和溶剂，所述锂盐可溶于所述锂硫电池的电解液的溶剂中；所述溶剂：1,3-二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙烯醚中的一种或者几种。2.根据权利要求1所述的电解液凝胶，其特征在于，所述含氰基的化合物在所述电解液凝胶中的重量含量为0.5-10％；和/或，所述阴离子聚合的引发剂：正丁基锂、格氏试剂、六氟磷酸锂、吡啶、金属氨基化合物中的一种或者多种；所述阴离子聚合的引发剂在所述电解液凝胶中的重量含量为0.05％～1％。3.根据权利要求1或2所述的电解液凝胶，其特征在于，所述锂盐选自：双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂中的一种或者几种；所述锂硫电池的电解液在所述电解液凝胶中的重量含量为89％～99％。4.一种权利要求1-3中任一项所述的电解液凝胶的制备方法，其特征在于，包括：将预设第一重量的含氰基的化合物完全溶解于锂硫电池的电解液中，得到第一混合溶液，其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纤维素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一种或几种；将预设第二重量的阴离子聚合的引发剂完全溶解于所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液以预设温度加热一段时间，使所述第二混合溶液中的阴离子聚合的引发剂引发氰基发生环化反应或阴离子加成聚合反应，待其充分反应后降至室温，在氰基交联的同时，使所述锂硫电池的电解液形成电解液凝胶。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二混合溶液加热形成电解液凝胶的时间取决于所述第二混合溶液的体积；和/或，所述电解液凝胶的形成程度取决于所述含氰基的化合物和所述阴离子聚合的引发剂的添加量。6.一种权利要求1-3中任一项所述的电解液凝胶的制备方法，其特征在于，包括：将预设第一重量的含氰基的化合物完全溶解或分散在溶剂中得到含氰基化合物的溶液或分散液，并将该溶液或分散液涂布在锂硫电池隔膜的表面，其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纤维素、氰乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，刘凤泉，李林，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11