一种凝胶电解质电芯的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种凝胶电解质电芯的制备方法及其应用，包括以下步骤：S1、将温度≤5℃的液态凝胶电解液加入电芯中，一封；S2、将一封后的电芯置于温度≤5℃的环境中，静置时间≥6h；S3、于温度≤10℃的环境下进行充电化成，化成压力为0.1～1.3MPa，充电电流≤0.2C；S4、化成后除气二封，静置以进行聚合反应，将所述液态凝胶电解液转变为凝胶电解质，完成电芯的制备。相比于现有技术，本发明专利技术通过低温来减缓共聚反应的速率，使得液态的电解液转变成凝胶前先充分浸润极片和隔膜，由此解决了目前凝胶电解液的共聚物在聚合前无法充分分散到电芯内部，导致锂离子传输通道受阻，引发负极局部析锂的问题。锂的问题。锂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶电解质电芯的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种凝胶电解质电芯的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前按照电解质类型可大致分为液态锂离子电池、凝胶电解质锂电池、固态电池。液态锂离子电池由于具有锂离子迁移速率快，电压平台高，能量密度高，自放电小等优点而广泛用于人们日常生活中。然而，近年来，由于液态电解液存在泄漏和腐蚀的安全隐患，在高温高压、外力挤压、过充等因素的影响下，安全事故频发。固态电池相对液态锂离子电池，采用固态电解质完全替代液态电解液，完全规避电解液泄漏的风险，热稳定性显著提升，同时充放电过程中几乎不存在副反应，循环寿命更长。但是，固态电解质电导率远低于液态电解液，目前还无法达到液态锂离子电池的应用需求。
[0003]而凝胶电解质锂电池中凝胶电解质既非液体也非固体，但同时又具有液体扩散传输离子的特性又具有固体的力学强度和粘接性，有助于缓解循环后期电芯变形和膨胀等不良。因此，近年来有关凝胶电解质电池的研究越来越多。
[0004]凝胶电解液前体主要由液态电解液母液、至少2种单体和引发剂构成，参见中国专利CN103872379B。聚合反应初期由于两种单体竞聚率的差异，形成的共聚物可溶于液态电解液；聚合反应中后期，由于不溶非水有机溶剂的均聚物含量、浓度逐渐提升，共聚物逐渐析出形成凝胶小颗粒，可起到传输锂离子物理交联点的作用。然而，如共聚物聚合前无法充分分散在电芯内部，聚合后将会导致锂离子传输通道受阻，可能引发负极局部锂枝晶析出。
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于：提供一种凝胶电解质电芯的制备方法，以解决目前凝胶电解液的共聚物在聚合前无法充分分散到电芯内部，导致锂离子传输通道受阻，引发负极局部析锂的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种凝胶电解质电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将温度≤5℃的液态凝胶电解液加入电芯中，一封；
[0010]S2、将一封后的电芯置于温度≤5℃的环境中，静置时间≥6h；
[0011]S3、于温度≤10℃的环境下进行充电化成，化成压力为0.1～1.3MPa，充电电流≤0.2C；
[0012]S4、化成后除气二封，静置以进行聚合反应，将所述液态凝胶电解液转变为凝胶电解质，完成电芯的制备。
[0013]优选的，步骤S1中，将所述液态凝胶电解液注入所述电芯前，先将所述电芯置于温度≤5℃中，静置时间≥1h。
[0014]优选的，步骤S1中，在所述电芯静置前，先对所述电芯进行真空烘烤，使得所述电
芯的水含量测试合格。
[0015]优选的，步骤S1中，将所述液态凝胶电解液注入所述电芯前，先将所述液态凝胶电解液置于温度为
‑
30～5℃中，静置时间≥1h。
[0016]优选的，步骤S2中，静置的环境温度为
‑
30～5℃。
[0017]优选的，步骤S3中，化成的环境温度为
‑
30～10℃。
[0018]优选的，步骤S4中，聚合反应的环境温度大于化成的环境温度，和/或聚合反应的环境压力大于化成压力。
[0019]优选的，步骤S4中，聚合反应的环境温度为20～90℃，聚合反应的环境压力为0.15～1.5MPa；聚合反应时间为0.5～100h。
[0020]本专利技术的目的之二在于，提供一种凝胶电解质电池，包括由上述任一项所述的凝胶电解质电芯的制备方法制备得到的电芯。
[0021]本专利技术的目的之三在于，提供一种用电装置，包括上述所述的凝胶电解质电池。
[0022]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0023]1)本专利技术提供的制备方法，将低温的液态凝胶电解液加入电芯中，而后继续置于低温下静置，通过低温来减缓共聚反应的速率，使得液态的电解液转变成凝胶前先充分浸润极片和隔膜，进而达到分散凝胶态电解液的目的。
[0024]2)与此同时，本方法在化成状态时同样在低温下进行，继续延缓共聚反应的速率，保证化成时的电解液仍为液态形式，以进一步充分分散凝胶态电解液的目的。同时控制化成电流在0.2C以下，低温+小电流的化成条件一方面可以保证锂离子的迁移速率与电子的移动速率保持一致，避免因低温状态下锂离子移动速率过慢，而导致其由正极脱出经过电解液游离至负极表面时来不及嵌入负极内部，便在负极表面得到电子，造成析锂现象；另一方面液态的电解液相对凝胶态的电解液锂离子的迁移速率更快，不仅可进一步保证锂离子的迁移速率与电子的移动速率一致，而且化成时离子扩散时阻抗也会更小，更利于改善极化，同时化成形成的SEI膜也会更加致密均匀，显著改善极片界面。
[0025]3)本专利技术的制备方法，在化成后才将液态凝胶电解液转变为凝胶电解质，不仅保证了化成时形成的SEI膜更加致密均匀，极片的化学界面更加良好，同时凝胶电解质在电芯的内部也会分散的更加充分，规避了电芯局部析锂的风险，同时提高了电芯的电化学性能和安全性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术制备方法的流程图。
[0027]图2为本专利技术凝胶低温验证实验组1～9的实物图。
[0028]图3为图2中实验组6得到的电芯的实物图。
[0029]图4为图2中实验组7得到的电芯的实物图。
[0030]图5为图2中实验组8得到的电芯的实物图。
[0031]图6为图2中实验组9得到的电芯的实物图。
[0032]图7为本专利技术实施例1得到的电芯的负极片化成界面实物图。
[0033]图8为本专利技术对比例1得到的电芯的负极片化成界面实物图。
具体实施方式
[0034]本专利技术第一方面提供一种凝胶电解质电芯的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0035]S1、将温度≤5℃的液态凝胶电解液加入电芯中，一封；
[0036]S2、将一封后的电芯置于温度≤5℃的环境中，静置时间≥6h；
[0037]S3、于温度≤10℃的环境下进行充电化成，化成压力为0.1～1.3MPa，充电电流≤0.2C；
[0038]S4、化成后除气二封，静置以进行聚合反应，将所述液态凝胶电解液转变为凝胶电解质，完成电芯的制备。
[0039]其中，上述所述液态凝胶电解液包括液态电解液母液、至少2种单体和引发剂。该液态电解液母液为常规的锂离子电池用电解液，由非水有机溶剂、锂盐、添加剂组成；而该单体为不饱和烃类、脂类、酰胺类中的至少一种，两种单体间的反应活性具有较大差异，具体的可参见专利CN103872379B的设置；而该引发剂为具有强氧化性的有机物或无机物。
[0040]本专利技术提供的凝胶电解质电芯的制备方法，解决了目前凝胶电解液的共聚物在聚合前无法充分分散到电芯内部，导致锂离子传输通道受阻，引发负极局部析锂的问题。这主要是因为本专利技术人在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解质电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将温度≤5℃的液态凝胶电解液加入电芯中，一封；S2、将一封后的电芯置于温度≤5℃的环境中，静置时间≥6h；S3、于温度≤10℃的环境下进行充电化成，化成压力为0.1～1.3MPa，充电电流≤0.2C；S4、化成后除气二封，静置以进行聚合反应，将所述液态凝胶电解液转变为凝胶电解质，完成电芯的制备。2.根据权利要求1所述的凝胶电解质电芯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述液态凝胶电解液注入所述电芯前，先将所述电芯置于温度≤5℃中，静置时间≥1h。3.根据权利要求2所述的凝胶电解质电芯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在所述电芯静置前，先对所述电芯进行真空烘烤，使得所述电芯的水含量测试合格。4.根据权利要求2所述的凝胶电解质电芯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述液态凝胶电解液注入所述电芯前，先将所述液态凝胶电解液置于温度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏，胡海波，曾涛，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：