固态电解质及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种固态电解质及制备方法和应用。固态电解质包括固态电解质主体和相变微胶囊；相变微胶囊分散于固态电解质主体中；相变微胶囊包括热敏相变壳体、扩散剂以及毒化剂，扩散剂和毒化剂位于热敏相变壳体内部。当电池因滥用而导致温度异常时，热敏相变壳体破裂，位于热敏相变壳体内部的毒化剂和扩散剂被释放出来。毒化剂与电池的含能电解质、正极和负极等反应，使得含能电解质、正极和负极等材料处于稳定状态而不再具备反应活性，或者阻断含能电解质、正极和负极相互之间的直接接触或气体串扰接触，避免电池因含能组分接触发生放热反应而导致热失控、燃烧、爆炸等问题，进而可以提高电池的安全性能。以提高电池的安全性能。以提高电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种固态电解质及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电池技术的不断发展，电池的种类越来越多，电池的性能也在不断提高。目前广泛使用的锂离子电池在导电介质选择上主要以液态电解液为主，其具有较好的使用性能，能够较好地满足消费者对电池的使用需求。然而，随着消费需求的不断升级，目前广泛使用的锂离子电池在能量密度上逐渐出现难如人意的表现，并且锂离子电池中三元正极与易燃电解液的副反应也对电池的安全使用产生了较大的威胁，制约了锂离子电池的发展。
[0003]作为高能量密度和高安全性能电池的补充和扩展，固态电池和半固态电池应运而生。与目前广泛使用的锂离子电池相比，固态电池和半固态电池在能量密度和安全性方面具有更好的表现。原因之一在于，固态电池和半固态电池中在导电介质的选择上主要以固态电解质为主，减少甚至杜绝了液态电解液的使用，这样有效提高了电池的能量密度和安全阈值。
[0004]尽管固态电池和半固态电池在能量密度和安全阈值方面较目前广泛使用的锂离子电池具有较大的提高，但是固态电池和半固态电池中仍然具有可燃烧放热的正极、负极和固态电解质等材料，因此固态电池和半固态电池在滥用时也会存在一定的安全隐患，当电池温度突破其安全阈值或电池破包之后，电池组份之间相互反应或电池组份与空气中氧气的反应也会产生较大的热量，引起电池热失控，甚至引发电池的燃烧、爆炸等问题。因此，如何进一步提高固态电池和半固态电池的安全性能对于电池的发展具有重要的意义。/>
技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种能够有效提高固态电池和半固态电池安全性能的固态电解质及其制备方法和应用。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种固态电解质，包括固态电解质主体和相变微胶囊；所述相变微胶囊分散于所述固态电解质主体中；所述相变微胶囊包括热敏相变壳体、扩散剂以及毒化剂，所述扩散剂和所述毒化剂位于所述热敏相变壳体内部。
[0008]在其中一个实施例中，所述热敏相变壳体包括聚合物热敏相变壳体；和/或，
[0009]所述扩散剂包括聚氧乙烯基烷基芳基醚、聚氧乙烯基烷基醚、烷基苯磺酸盐以及烷基萘磺酸盐中的至少一种。
[0010]在其中一个实施例中，所述毒化剂包括胺类毒化剂、酯类毒化剂、醚类毒化剂、烷类毒化剂、盐类毒化剂以及水合物类毒化剂中的至少一种。
[0011]在其中一个实施例中，所述胺类毒化剂包括乙二胺、三己胺以及二苄胺中的至少一种；所述酯类毒化剂包括磷酸三丁酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯以及二苯基磷酸辛酯中的至少一种；所述醚类毒化剂包括六氟异丙基甲基醚和甲基九氟丁醚中的至少一种；所述烷
类毒化剂包括1,1,1,2,2,3,4,5,5,5十氟
‑3‑
甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)戊烷或1,1,1,2,3,4,4,5,5,5
‑
十氟
‑3‑
甲氧基
‑2‑
三氟甲基戊烷中的至少一种；所述盐类毒化剂包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(氟磺酰)亚胺盐和N
‑
甲基,丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种；所述水合物类毒化剂包括十六水硫酸铝和七水硫酸镁中的至少一种。
[0012]一种固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0013]将热敏相变壳体材料、扩散剂、毒化剂、催化剂以及第一溶剂混合，以原位制备相变微胶囊；
[0014]将所述相变微胶囊、固态电解质主体以及第二溶剂混合。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一溶剂包括甲醛、戊二醛以及乙二醛中的至少一种；和/或，
[0016]所述第二溶剂包括水和乙醇中的至少一种；和/或，
[0017]所述催化剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠以及阿拉伯树胶中的至少一种。
[0018]在其中一个实施例中，将热敏相变壳体材料、扩散剂、毒化剂、催化剂以及第一溶剂混合，以原位制备相变微胶囊包括如下步骤：
[0019]在700rpm～900rpm的搅拌速度和60℃～80℃的温度下，将所述热敏相变壳体材料、所述扩散剂、所述毒化剂、所述催化剂以及所述第一溶剂混合，以原位制备所述相变微胶囊。
[0020]在其中一个实施例中，将所述相变微胶囊、固态电解质主体以及第二溶剂混合包括如下步骤：
[0021]将所述相变微胶囊与所述第二溶剂混合，然后加入所述固态电解质主体。
[0022]在其中一个实施例中，将所述相变微胶囊与所述第二溶剂混合，然后加入所述固态电解质主体包括如下步骤：
[0023]在500rpm～2000rpm的搅拌速度和20℃～100℃的温度下，将所述相变微胶囊与所述第二溶剂混合，然后加入所述固态电解质主体。
[0024]一种固态电解质膜，包括上述任一实施例中所述的固态电解质；或者包括上述任一实施例中所述的制备方法制备的固态电解质。
[0025]一种固态电解质膜的制备方法，包括如下步骤：对上述任一实施例中所述的固态电解质进行成膜处理；或者对上述任一实施例中所述的制备方法制备的固态电解质进行成膜处理。
[0026]一种储能装置，包括上述固态电解质膜；或者包括上述制备方法制备的固态电解质膜。
[0027]上述固态电解质包括固态电解质主体和相变微胶囊；相变微胶囊分散于固态电解质主体中；相变微胶囊包括热敏相变壳体、扩散剂以及毒化剂，扩散剂和毒化剂位于热敏相变壳体内部。当电池因滥用而导致温度异常时，热敏相变壳体破裂，位于热敏相变壳体内部的毒化剂被释放出来。同时，扩散剂可以降低毒化剂的表面张力，使毒化剂容易在含能电解质、正极和负极等毒化目标的表面润湿和展布，促进毒化剂的渗透，使毒化剂与电池的含能电解质、正极和负极等反应，使得含能电解质、正极和负极等材料处于稳定状态而不再具备反应活性，或者阻断含能电解质、正极和负极相互之间的直接接触或气体串扰接触，避免电池因含能组分接触发生放热反应而导致热失控、燃烧、爆炸等问题，进而可以提高电池的安
全性能。
[0028]上述固态电解质的制备方法包括如下步骤：将热敏相变壳体材料、扩散剂、毒化剂、催化剂以及第一溶剂混合，以原位制备相变微胶囊；将相变微胶囊、固态电解质主体以及第二溶剂混合。上述制备方法中以原位制备的方式得到相变微胶囊，便于对相变微胶囊的生成过程中进行控制和观测分析；再将相变微胶囊、固态电解质主体以及第二溶剂混合，以制备固态电解质。该制备方法操作过程简单易行，便于对制备过程中进行控制和观测分析，易于实现产业化推广。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一实施例中固态电解质(固态电解质膜)的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术一实施例中固态电池的结构示意图；
[0031]图3为实施例1和对比例1中固态电池在滥用时的温升曲线。
[0032]图中标记说明：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括固态电解质主体和相变微胶囊；所述相变微胶囊分散于所述固态电解质主体中；所述相变微胶囊包括热敏相变壳体、扩散剂以及毒化剂，所述扩散剂和所述毒化剂位于所述热敏相变壳体内部。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述热敏相变壳体包括聚合物热敏相变壳体；和/或，所述扩散剂包括聚氧乙烯基烷基芳基醚、聚氧乙烯基烷基醚、烷基苯磺酸盐以及烷基萘磺酸盐中的至少一种。3.根据权利要求1～2中任一项所述的固态电解质，其特征在于，所述毒化剂包括胺类毒化剂、酯类毒化剂、醚类毒化剂、烷类毒化剂、盐类毒化剂以及水合物类毒化剂中的至少一种。4.根据权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述胺类毒化剂包括乙二胺、三己胺以及二苄胺中的至少一种；所述酯类毒化剂包括磷酸三丁酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯以及二苯基磷酸辛酯中的至少一种；所述醚类毒化剂包括六氟异丙基甲基醚和甲基九氟丁醚中的至少一种；所述烷类毒化剂包括1,1,1,2,2,3,4,5,5,5十氟
‑3‑
甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)戊烷或1,1,1,2,3,4,4,5,5,5
‑
十氟
‑3‑
甲氧基
‑2‑
三氟甲基戊烷中的至少一种；所述盐类毒化剂包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(氟磺酰)亚胺盐和N
‑
甲基,丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种；所述水合物类毒化剂包括十六水硫酸铝和七水硫酸镁中的至少一种。5.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将热敏相变壳体材料、扩散剂、毒化剂、催化剂以及第一溶剂混合，以原位制备相变微胶囊；将所述相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟峰，冯旭宁，王莉，王贺武，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：