一种凝胶电解质电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种凝胶电解质电池及其制备方法。所述凝胶电解质电池的制备方法包括如下步骤：(1)将负极极片浸入酯类电解液中进行浸泡，得到含有碳酸酯类有机层的负极极片；(2)将所述含有碳酸酯类有机层的负极极片组装成电池，注入凝胶电解液，加热，得到凝胶电解质电池。本发明专利技术所述凝胶电解质电池中的凝胶电解质材料具有较高的电导率；能够减少电解质与负极的副反应，使得电池具有好的循环性能；而且能够阻止金属锂进一步跟电解液反应，很好地抑制锂枝晶的生长，同时减少产气量；除此之外，所述凝胶电解质电池具有较高的首效。

Gel electrolyte battery and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶电解质电池及其制备方法
本专利技术属于电池制备
，具体涉及一种凝胶电解质电池及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的不断消耗以及环境污染问题的日益加剧，新型可再生能源的开发和有效利用成为人类的重要课题。近年来，纯电动汽车、混合动力汽车以及无人机等进入了快速发展和普及的阶段，研究和开发出相应的能够相匹配的高安全性储能设备成为亟需攻克的技术难题之一。全固态锂电池以及锂硫电池、锂空气电池等都有望提供更优质的能量储存解决方案，而这些电池的一个共同特点是都利用了锂金属负极的高能量密度(3800mAh/g)的特性。然而，和传统的石墨负极相比，锂金属负极也有明显的缺点，例如锂金属负极具有非常高的反应活性，会和电解液以及电解液中的组分发生反应而产生损耗；同时，锂金属负极由于其不稳定的SEI膜，还会产生粉化和死锂现象，同样也导致了锂金属的损耗。针对锂金属负极枝晶生长，电池循环过程中效率较低，造成的电池短路，人们提出使用新型电解质体系解决这一问题。目前，研究的电解质体系主要包括固态电解质，凝胶态电解质，电解质添加剂等。固态电解质制备复杂，抑制锂枝晶明显，锂化效率低，但是固体电解质室温电导率较低，极大限制了其在锂电池中的应用发展。因此，如何对电池中的电解质进行选择，使得到的电池兼顾液态电池的高电导率又能抑制锂枝晶的增长，是目前的关键技术之一。目前来说，在金属锂表面施加保护层，以避免金属锂与电解液或电解质反应是已知的。CN103456991B公开了一种锂离子电池及其凝胶电解质以及其制备方法。所述锂离子电池凝胶电解质，用于间隔在正极极片和负极极片之间，包括：正极凝胶电解质层，一侧邻接正极极片，所述正极极片具有高电位正极活性材料，正极凝胶电解质层的氧化电位在4.5V(vsLi/Li+)以上；负极凝胶电解质层，一侧邻接负极极片而另一侧另接正极凝胶电解质层的另一侧，负极极片具有低电位负极活性材料，所述负极凝胶电解质层的还原电位在0.2V(vsLi/Li+)以下。但所述方法得到的凝胶电解质电化学性能较差。CN102903953B公开了一种锂离子电池凝胶电解质及含有该凝胶电解质的锂离子电池的制备方法，所述凝胶电解质包括液态电解质、聚合物组分和引发剂，所述聚合物组分同时含有A、B、C三类分子，其中A类分子为高液态电解质吸附能力聚合物，B类分子为含有一个或两个反应活性官能团的单体，C类分子为含三个以上反应活性官能团的单体。但所述方法得到的凝胶电解质电化学性能较差。因此，本领域需要开发出一种新型电池，所述电池能够很好地抑制负极锂枝晶的生长，同时减少产气量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种凝胶电解质电池及其制备方法。所述凝胶电解质电池为金属锂电池，其在循环过程中可以有效的解决锂枝晶生长刺穿隔膜的问题。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种凝胶电解质电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将负极极片浸入酯类电解液中进行浸泡，得到含有碳酸酯类有机层的负极极片；(2)将所述含有碳酸酯类有机层的负极极片组装成电池，注入凝胶电解液，加热，得到凝胶电解质电池。本专利技术将负极极片浸入酯类电解液中进行浸泡，钝化金属锂，可以在负极表面依次生成无机层和碳酸酯类有机层，减少了电解质与负极的副反应，阻止金属锂进一步跟电解液反应，能够很好地抑制锂枝晶的生长，减少产气量，使得到的电池具有好的循环性能；然后将所述含有碳酸酯类有机层的负极极片组装成电池，注入凝胶电解液，加热后，生成具有较高的电导率的凝胶电解质，所述凝胶电解质可以进一步抑制锂枝晶的增长，进一步增强锂金属电池的循环性能。本专利技术将酯类电解液和凝胶电解液配合使用，使得制备的凝胶电解质电池具有较好的循环性能和较高的首效，能够能很好地抑制锂枝晶的生长，同时减少产气量。优选地，步骤(1)所述负极极片包括金属锂。优选地，所述负极极片还包括人造石墨、天然石墨、Si、SiOx、硅合金、Sn、Sn合金、金属钾、金属钠、钠合金、钛酸锂和金属氧化物AOy中的任意一种或至少两种的组合，其中，A为Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge或Zn，x为1～2，y为1～4。优选地，，所述酯类电解液的浓度为0.5～10mol/L，例如0.8mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L或9mol/L等。本专利技术所述酯类电解液的浓度为0.5～10mol/L，浓度过大，会影响活性材料的结构，降低容量；浓度过小，则无法形成均匀致密的有机层，不利于SEI膜的形成。优选地，步骤(1)所述碳酸酯类电解液中的溶质包括LiNO3、KNO3、NaNO3、LiPF2、LiPF6、LiClO4、KClO4、KPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3)3、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiNO3、LiPF6、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述酯类电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述浸泡的时间为1～48h，例如5h、8h、10h、12h、15h、18h、20h、25h、28h、30h、32h、35h、38h、40h或45h等。本专利技术所述浸泡的时间为1～48h，时间越长，负极表面无机层和碳酸酯类有机层厚度越厚，为了获得优异的电化学性能，本专利技术优选时间为1～48h。优选地，步骤(1)所述浸泡之后，还包括干燥的过程，优选为在手套箱里干燥。优选地，所述干燥的温度为60～80℃，例如62℃、64℃、65℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、75℃、76℃或78℃等。优选地，步骤(2)所述凝胶电解液的浓度为0.5～10mol/L，例如0.8mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L或9mol/L等。本专利技术所述凝胶电解液的浓度为0.5～10mol/L，浓度过大，会影响活性材料的结构，降低容量；浓度过小，则无法形成均匀致密的有机层，不利于SEI膜的形成。优选地，步骤(2)所述凝胶电解液的溶质包括LiNO3、LiPF6、LiClO4、KClO4、KPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4和LiBF3(C2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凝胶电解质电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)将负极极片浸入酯类电解液中进行浸泡，得到含有碳酸酯类有机层的负极极片；/n(2)将所述含有碳酸酯类有机层的负极极片组装成电池，注入凝胶电解液，加热，得到凝胶电解质电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解质电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将负极极片浸入酯类电解液中进行浸泡，得到含有碳酸酯类有机层的负极极片；
(2)将所述含有碳酸酯类有机层的负极极片组装成电池，注入凝胶电解液，加热，得到凝胶电解质电池。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述负极极片包括金属锂；
优选地，所述负极极片还包括人造石墨、天然石墨、Si、SiOx、硅合金、Sn、Sn合金、金属钾、金属钠、钠合金、钛酸锂和金属氧化物AOy中的任意一种或至少两种的组合，其中，A为Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge或Zn，x为1～2，y为1～4。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酯类电解液的浓度为0.5～10mol/L；
优选地，步骤(1)所述酯类电解液中的溶质包括LiNO3、KNO3、NaNO3、LiPF2、LiPF6、LiClO4、KClO4、KPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiNO3、LiPF6、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述酯类电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。


4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸泡的时间为1～48h；
优选地，步骤(1)所述浸泡之后，还包括干燥的过程，优选为在手套箱里干燥；
优选地，所述干燥的温度为60～80℃。


5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述凝胶电解液的浓度为0.5～10mol/L；
优选地，步骤(2)所述凝胶电解液的溶质包括LiNO3、LiPF6、LiClO4、KClO4、KPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4和LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiNO3、LiPF6、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiBF3(C2F5)中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述凝胶电解液的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述凝胶电解液中还包括引发剂和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峥，冯玉川，何泓材，杨帆，南策文，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32