一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池制造技术

本发明专利技术提供了一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池，所述聚合物电解质的基质由具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体均聚或者与第一单体共聚形成。在高温条件(120

【技术实现步骤摘要】
一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池。

技术介绍

[0002]目前，商业化的锂离子电池由于采用易挥发、易燃、易爆的碳酸酯类电解液，在电池被挤压、过充、穿刺等非正常使用情况下易发生燃烧、爆炸等安全事故。为了解决这一安全问题，发展阻燃聚合物电解质是一种有效的解决方案。目前发展的阻燃聚合物电解质基质主要包括聚磷酸酯(例如中国专利技术专利CN 106832259 B)、含氟聚合物(例如中国专利技术专利CN 111224156 B)以及聚苯并恶嗪等。具体来说，中国专利技术专利CN 106832259 B公开了一种分子中含有联苯环和菲环结构的聚合型磷酸酯，相对于常规的聚磷酸酯化学和热稳定性有明显提高，且解决了小分子磷酸酯类阻燃剂阻燃效率低的问题；而中国专利技术专利CN 111224156 B公开的一种半互穿网络阻燃聚合物，其所含的阻燃物质主要是含氟有机试剂，包括聚氟代碳酸丙烯酯等，采用原位固化方法，聚合而成的交联网络聚合物和聚合物自身的阻燃性可实现一定的阻燃效果。
[0003]然而，以上阻燃聚合物电解质虽然本征具有一定的阻燃性，但是在极端条件(例如过热、针刺等引起电池破裂时)下并不能有效避免电池的燃烧事故。据文献报道(Joule 2020,4,743)，在极端条件下，碳酸酯溶剂等挥发形成的可燃气会从电池破裂处高速喷射而出，产生剧烈的喷射状火焰。也就是说，电池燃烧主要是碳酸酯溶剂等挥发形成的可燃气的气相燃烧。在这种条件下，现有技术公开的阻燃聚合物电解质基质不能有效产生阻燃性挥发物(如阻燃性气体等)，进而难以发挥气相阻燃功能。
[0004]因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池，旨在解决现有技术中阻燃聚合物电解质基质不能有效产生阻燃性挥发物，难以发挥气相阻燃功能的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，聚合物基质由具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体均聚或者与第一单体共聚形成；所述不燃性或阻燃性物质的单体结构通式为：
[0008][0009]其中，R1选自H、CN、卤素或甲基中的一种；W选自O、S或NH中的一种；n的值取自1
‑
6的正整数；X选自C或S中的一种；Y选自O或S中的一种；R2选自单卤代或多卤代苯氧基、单卤代或多卤代萘氧基、单三氟甲基或多三氟甲基苯氧基、单羟基或多羟基取代苯氧基、多卤代烷硫基、烷基硅硫基、烷硫基、烷基硅硫基、烷硫基、烷基硅硫基、中的一种；R
’
选自含有卤素、醚、硫醚、胺、酯、酰胺或碳酸酯官能团的C原子数1
‑
10的烷基。
[0010]所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，所述第一单体包括N
‑
单取代丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、聚四氢呋喃二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酐、酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、聚四氢呋喃二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酐、中的一种或多种；其中，B选自O或NH中的一种，D选自H、F或甲基中的一种，C
‑
选自PF6ˉ，v的值取自1
‑
4的正整数。
[0011]所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，所述具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体在电解质中的质量占比为0.2
‑
98％。
[0012]第二方面，本专利技术还提供一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质的应用，其中，将如上任一所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质应用于锂离子电池、钠离子电池、锂金属电池、钠金属电池、锂硫电池或者钠硫电池。
[0013]第三方面，本专利技术还提供一种电池，其中，包括聚合物电解质、正极、负极以及隔膜；所述聚合物电解质包含如上所述的具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体。
[0014]所述的电池，其中，所述聚合物电解质还包含锂盐或钠盐、添加剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂或4，5
‑
二氰基
‑2‑
三氟甲基咪唑锂中的一种或多种；所述钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、NaTFSI或NaFSI中的一种或多种；所述添加剂包括乙酸乙
酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、硫酸乙烯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、磷酸三烯丙酯、磷酸三炔丙酯、乙氧基五氟环三磷腈、六氟环三磷腈、丁二腈、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO、硫化物电解质或氧化物电解质中一种或多种。
[0015]所述的电池，其中，所述正极的原料包括70
‑
99wt％第一正极活性物质、0.5
‑
15wt％导电剂以及0.5
‑
15wt％粘结剂，所述负极的原料包括70
‑
99wt％第一负极活性物质、0.5
‑
15wt％导电剂以及0.5
‑
15wt％粘结剂。
[0016]所述的电池，其中，所述第一正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、有机共轭材料、硫、磷酸铁锂、NaMnPO4、NaFePO4或Na
x
MO4中的至少一种，M选自Co、Mn、V或Fe；所述第一负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅基材料、锂金属及其合金、钠金属及其合金、钛酸钠、钛酸锂、二硫化钼、氧化锑、石墨
‑
硅复合材料、二维金属碳化物或二维金属氮化物中的至少一种；所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉或碳纤维中的至少一种；所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯或聚氧化乙烯中的至少一种。
[0017]第四方面，本专利技术还提供一种如上任一所述的电池的制备方法，其中，包括步骤：
[0018]制备正极片：将第一正极活性物质、导电剂和粘结剂按比例混合后配置成正极活性材料层浆料；用涂布机将所述正极活性材料层浆料涂布到正极集流体上，经烘干、辊压后得到正极片；
[0019]制备负极片：将第一负极活性物质、导电剂和粘结剂按比例混合后配置成负极活性材料层浆料；用涂布机将所述负极活性材料层浆料涂布到负极集流体上，经干燥、辊压后得到负极片；
[0020]组装电芯：将制备得到的正极片、负极片与隔膜一起叠片形成叠芯，经包装、烘烤后注入聚合物电解质，热压化成得到电芯。
[0021]所述的电池的制备方法，其中，所述聚合物电解质通过将电解质前体溶液以及自由基引发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其特征在于，聚合物基质由具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体均聚或者与第一单体共聚形成；所述不燃性或阻燃性物质的单体结构通式为：其中，R1选自H、CN、卤素或甲基中的一种；W选自O、S或NH中的一种；n的值取自1
‑
6的正整数；X选自C或S中的一种；Y选自O或S中的一种；R2选自单卤代或多卤代苯氧基、单卤代或多卤代萘氧基、单三氟甲基或多三氟甲基苯氧基、单羟基或多羟基取代苯氧基、多卤代烷硫基、烷基硅硫基、基、烷基硅硫基、基、烷基硅硫基、中的一种；R
’
选自含有卤素、醚、硫醚、胺、酯、酰胺或碳酸酯官能团的C原子数1
‑
10的烷基。2.根据权利要求1所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其特征在于，所述第一单体包括N
‑
单取代丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、聚四氢呋喃二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酐、酐、中的一种或多种；其中，B选自O或NH中的一种，D选自H、F或甲基中的一种，C
‑
选自PF6ˉ，v的值取自1
‑
4的正整数。3.根据权利要求1所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其特征在于，所述具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体在电解质中的质量占比为0.2
‑
98％。4.一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质的应用，其特征在于，将如权利要求1
‑
3任一所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质应用于锂离子电池、钠离子电池、锂金属电池、钠金属电池、锂硫电池或者钠硫电池。5.一种电池，其特征在于，包括聚合物电解质、正极、负极以及隔膜；所述聚合物电解质包含如权利要求1所述的具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体。6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述聚合物电解质还包含锂盐或钠盐、添加剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、
双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂或4，5
‑
二氰基
‑2‑
三氟甲基咪唑锂中的一种或多种；所述钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、NaTFSI或NaFSI中的一种或多种；所述添加剂包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、1,3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，李真棠，
申请(专利权)人：广东马车动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：