一种凝胶电解质及含有该电解质的锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种凝胶电解质，包括非水电解液、聚合物单体和引发剂，所述聚合物单体为无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯。本发明专利技术还公开了含有上述凝胶电解质的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一：聚合物单体合成：将无机含氧酸加入烯醇中酯化得到酯；步骤二：凝胶电解质的配制：将步骤一得到的酯溶解到非水电解液中，加入引发剂溶解；步骤三：将所述凝胶电解质注入电芯中，封口，搁置，化成，50‑90℃下聚合，除气，得锂离子电池。本发明专利技术的凝胶电解质，使用无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯为聚合物单体，单体中的杂原子打破了凝胶电解质的界面封闭，形成了锂离子传输的均匀孔洞通道，提高了电池中锂离子的传导能力，提高了锂离子电池的电性能。

Gel electrolyte and preparation method of lithium ion battery containing the electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶电解质及含有该电解质的锂离子电池的制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种凝胶电解质及含有该电解质的锂离子电池的制备方法。
技术介绍
在日常生活中，锂离子电池已经成为越来越重要的能量存储器件。在智能手机、电动汽车、电动自行车和航天航空等领域已获得市场的主导地位。锂离子电池所用电解液一般分为液态、固态和凝胶态。目前，商业化锂离子电池大部分采用液态电解液。由于采用流动性较好的液态电解液，导致锂离子电池一旦发生泄漏，就会腐蚀电子电器，严重者可引起锂离子电池燃烧或者爆炸。存在较大的安全隐患，这也是制约锂离子电池大面积推广使用的一个重要原因。然而，全固态电解质还存在室温电导率低等缺陷，远远不能达到实际应用的需求。相比之下，凝胶电解液不仅拥有液体电解液的高离子电导率，而且高分子凝胶骨架可以把液态电解液束缚在其中，减少了游离态溶剂，进而降低了电解液泄漏的风险，降低了电池系统燃烧爆炸的可能性，提高电池的安全性能。近年来，人们投入大量的精力来研究开发凝胶电解液，概括起来主要有原位聚合法和涂布热压法两种。其中原位聚合由于简单易行而被多数凝胶电池企业选用，所谓原位聚合，是将高分子聚合物单体溶解在液态电解液中，通过一般注液的方式注入电池中，之后在电芯中通过热聚合形成凝胶电池。但是，原位聚合存在自身的缺点。在原位聚合过程中，由于想获得较为理想的外观及尺寸，一般都会选用热压聚合。现有技术中的凝胶电解质在聚合后会出现凝胶电解质界面封闭的现象，导致离子传导困难、凝胶电解质与正负极之间的界面活性差，由此使得电池的电导率低，电化学性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种凝胶电解质，该凝胶电解质在聚合后不会出现界面封闭，电导率高。本专利技术的技术方案如下：一种凝胶电解质，包括非水电解液、聚合物单体和引发剂，所述聚合物单体为无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯。本专利技术的聚合物单体采用无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯，在其分子结构中引入了碳氢以外的杂元素，从而使得聚合物凝胶中引入杂元素，这些杂元素的原子半径与碳的原子半径不同，且均匀地分散在聚合物的骨架中，从而使得凝胶电解质在聚合时电解质界面封闭被打破，为离子的传输提供更多的孔洞通道，进而提高了锂离子的传导能力，增强电解质离子电导率。另外，在本专利技术中杂原子是在酸中以与烯醇酯化而成酯的形式存在，所以，杂原子在凝胶电解质中分布时，由于酯能在与非水电解液中的有机相充分相溶，可以使杂原子在电解液中的分散更加均匀，提高凝胶电解质的机械强度，增强电池的抗形变能力。优选地，所述无机含氧酸为钼酸、钨酸、磷酸、硅酸或硼酸中的一种或多种。在现有技术的凝胶电解质中，在小分子单体聚合过程中，由于溶剂等的存在会引起聚合物链的转移和链的终止，这样就造成聚合物基体的平均分子量不高，聚合物基体的内聚强度低，由此所制备的电芯机械强度不高，那么在循环的过程中电芯易发生膨胀等形变问题，进而影响电池的循环性能。在本专利技术中，使用以钼酸形成的酯为聚合单体，由于钼与其它原子之间的作用力大于碳与其它原子之间的作用力，因此，钼酸酯单体聚合而成的凝胶聚合物的机械强度大于由有机酸酯化而成的单体聚合而成的凝胶聚合物的机械强度，因此，这样的聚合物形成的三维网络结构的凝胶电解质在电池的循环过程中具有更强的抗形变能力，不易膨胀变形，因此，电池的循环性能好。另外，根据相似相溶原理，钼元素在钼酸酯单体的携带下与非水电解液中的溶剂相溶而得到充分分散，使得由杂原子形成的孔洞通道均匀，机械强度也均匀。同样，由钨酸、磷酸、硅酸和硼酸形成的酯聚合而成的凝胶聚合物的机械强度也具有较强的抗形变能力，可以有效对抗电池在充放电过程中反复出现的膨胀形变，提高凝胶电池容量保持率，延长电池循环寿命；也同样在凝胶聚合物中存在均匀的锂离子孔洞通道。优选地，所述烯醇的化学式为C＝C-R1-OH或R2-C＝C-R3-OH，其中，R1、R2和R3为C1-C16的烃基。优选地，以所述凝胶电解质质量为基准，所述聚合物单体的质量百分含量为的1-9％，所述引发剂的质量百分含量为0.05-1％。优选地，所述非水电解液为浓度0.9-2mol/L的锂盐非水溶液。所用溶剂可以为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯中的一种或多种的组合，比如可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)以体积比1:1:1的混合。所用锂盐可以为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiN(CF3SO2)2、Li(CF3SO2)3任意一种或一种以上的组合。优选地，所述引发剂为偶氮二异丁腈。本专利技术的另一个目的是提供含有上述凝胶电解质的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一：聚合物单体合成：将无机含氧酸加入到烯醇中，加热酯化得到酯；步骤二：凝胶电解质的配制：将步骤一得到的酯溶解到非水电解液中，加入引发剂充分溶解；步骤三：将所述凝胶电解质注入电芯中，封口，搁置，化成，50-90℃加热聚合4-12小时，除气，得锂离子电池。优选地，所述无机含氧酸与所述烯醇的摩尔比为1:5-1:100。优选地，所述无机含氧酸与所述烯醇的摩尔比为1:5、1:50、1:80或1:100。在酯化反应中使醇的摩尔量大于酸的摩尔量，可以防止由于酯化反应生成的水降低醇的浓度而对的酯化反应的削弱，过量的烯醇更有利于反应的正向进行。本专利技术的有益效果为：本专利技术的凝胶电解质，使用无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯为聚合物单体，由于单体分子结构中引入了与碳原子半径不同的杂原子且均匀分布于聚合物的骨架中，使得凝胶电解质的界面封闭被打破，形成了锂离子传输的均匀的孔洞通道，提高了电池中锂离子的传导能力，增强了电解质离子电导率。含有本专利技术的凝胶电解质的锂离子电池制作简单，且电性能好。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做详细说明。实施例1制备一种凝胶电解质锂离子电池。1、合成聚合物单体将硅酸置于丙烯醇中，醇与酸的摩尔比为5：1，120℃加热使其发生酯化反应，得到丙烯醇硅酸酯，洗涤干燥待用。2、配制凝胶电解质取浓度为1mol/L的非水电解液，所述非水电解液的锂盐为LiPF6、溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合，三者的体积比为1:1:1。向该非水电解液中加入上述制备的丙烯醇硅酸酯，充分溶解后，加入偶氮二异丁腈，充分溶解，得到凝胶电解质。凝胶电解质中各组分的重量百分比含量为：非水电解液90％，丙烯醇硅酸酯9％，偶氮二异丁腈1％。3、电池制作制备待注液电池的电芯：以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为正极活性材料、以石墨为负极活性材料，分别再加入导电剂乙炔黑、粘接剂PVDF之后，经过搅拌得到正极浆料和负极浆料，将正极浆料涂覆于铝箔上、将负极浆料涂布于铜箔上、经过冷压、分条、焊接等工序得到正负极片；将制备好的正负极片与聚乙烯(PE)隔膜一起卷绕得到454本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凝胶电解质，包括非水电解液、聚合物单体和引发剂，其特征在于，所述聚合物单体为无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解质，包括非水电解液、聚合物单体和引发剂，其特征在于，所述聚合物单体为无机含氧酸与烯醇酯化而成的酯。


2.如权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于，所述无机含氧酸为钼酸、钨酸、磷酸、硅酸或硼酸中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于，所述烯醇的化学式为C＝C-R1-OH或R2-C＝C-R3-OH，其中，R1、R2和R3为C1-C16的烃基。


4.如权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于，以所述凝胶电解质质量为基准，所述聚合物单体的质量百分含量为的1-9％，所述引发剂的质量百分含量为0.05-1％。


5.如权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于，所述非水电解液为浓度0.9-2mol/L的锂盐非水溶液。
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，王伟民，岳红云，李娟，
申请(专利权)人：河南电池研究院有限公司，河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41