提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质、制备及应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质、制备及应用。所述提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，包括有机单体、锂盐、引发剂和有机溶剂；所述有机单体包括1,3

【技术实现步骤摘要】
提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质、制备及应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质、制备及应用。

技术介绍

[0002]随着化石能源的消耗和环境问题的恶化，发展清洁可再生能源便成为今后能源发展的趋势。风能、太阳能容易受到时间和空间因素的限制，能源输出不连续并且难以保存，严重影响了在日常生产生活中的应用，尤其是储能产业和电动汽车产业。锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、使用寿命长、充放电速率快并且环境友好等优点，不仅已经广泛应用于3C电子领域，而且被认为是大规模动力电池和储能电池的最佳选择。
[0003]传统的锂离子电池由于存在低闪点低燃点的液态有机电解液，在日常生产、运输和使用的过程中容易出现电解液泄漏、热失控等安全隐患，如何提高锂离子电池安全性是新能源领域必须要解决的难题。采用具有高闪点高燃点的固态电解质代替液态有机电解液可以大幅度提高锂离子电池的安全性，但是基于目前固态电解质离子电导率较低、电极/电解质界面问题严重，固态电解质在实际应用中还很难满足人们对电池性能方面的需求。凝胶聚合物电解质结构上是被有机溶剂溶胀的聚合物网络结构，有机电解液在其中不具有流动性减少了电池漏液的安全隐患，同时聚合物骨架结构可以一定程度上抑制锂枝晶的生长提高了电池使用的安全性和使用寿命，凝胶电解质是未来安全型锂离子电池发展的重要趋势。
[0004]常用的一种获得固态电解质和凝胶电解质的方法是原位聚合，将有机物单体、引发剂、有机溶剂和锂盐等配制成均匀的前驱体溶液，按照正常的电池装配流程将前驱体溶液注入到隔膜中，电池封装后进行加热固化，单体在引发剂的作用下通过热固化的方式在电池内部原位聚合交联形成大分子聚合物得到固态/凝胶电解质。原位聚合操作简单，并且可以有效提高界面稳定性，但是部分聚合物刚性较大或者单体黏度、分子体积较大难以更好地润湿电极，在原位聚合后仍可能产生缺陷，进而导致电池性能变差寿命变短。
[0005]因此，需要对原位聚合固态电解质进行改进，以进一步提高原位聚合界面稳定性，获得高性能、高寿命的固态锂离子电池。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，进一步提高原位聚合界面稳定性，弥补原位聚合中存在的缺陷，获得高性能、高寿命的固态锂离子电池；本专利技术还提供其制备方法和在锂离子电池中的应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，包括有机单体、锂盐、引发剂和有机溶剂。
[0009]本专利技术中，所述有机单体包括1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷，以及季戊四醇三丙
烯酸酯、丙烯腈、碳酸亚乙烯酯中的一种或两种。
[0010]例如，有机单体可以为1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈的组合，也可以为1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷、季戊四醇三丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯的组合，但不限于所列举的种类，单体范围内其它未列举的种类同样适用。
[0011]本专利技术中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或两种。
[0012]例如，锂盐可以为六氟磷酸锂，也可以为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的组合，还可以为六氟磷酸锂和双草酸硼酸锂的组合，但不限于所列举的种类，锂盐范围内其它未列举的种类同样适用。
[0013]本专利技术中，所述引发剂为偶氮二异丁腈。
[0014]本专利技术中，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中一种或两种。
[0015]例如，有机溶剂可以为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，也可以为碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物和碳酸甲乙酯组合，但不限于所列举的种类，有机溶剂范围内其它未列举的种类同样适用。
[0016]常规的原位聚合中，一般需要最大限度地保证单体完全聚合，而本专利技术不同于常规的原位聚合思路，在常规的有机前驱体溶液中，加入弱极性的1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷，通过引发剂和热引发的作用，能够使含有双键的小分子单体聚合形成大分子聚合物网络结构，其中季戊四醇三丙烯酸酯可以与丙烯腈或者碳酸亚乙烯酯很好的聚合，而1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷具有弱极性，难以溶解引发剂并以油状分散在前驱体溶液中，不能与另外的单体共聚，并且凭借其自身油状和高柔性的特征，起到增塑的作用，同时能够轻松填补于原位聚合后存在的缺陷处，并在电池充放电活化的过程中形成稳定的界面膜，有效改善了界面状态，提高了电池循环性能。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种上述提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将有机单体、锂盐、引发剂、有机溶剂混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液注入到隔膜中，电池封装后加热固化，得到稳定性提高的原位聚合凝胶聚合物电解质。
[0019]前驱体溶液加热固化过程中，单体聚合形成大分子聚合物网络，未进行共聚的1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷会自发地填补到原位聚合产生的缺陷处，在电池活化过程中改善界面状态。由于本专利技术是改善原位聚合产生的缺陷，因此工艺流程与原位聚合相同，在保留了原位聚合工艺操作简单，方便应用于实际生产的特点外，进一步改善了界面状态提高了电池性能。
[0020]本专利技术中，有机单体的质量为前驱体溶液总质量的10
‑
30％，例如可以为10％、12％、17％、20％、30％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]有机单体中，1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷的质量为前驱体溶液总质量的1
‑
3％，例如可以为1％、1.5％、3％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]本专利技术中，前驱体溶液中锂盐的浓度为1
‑
3mol/L，例如可以为1mol/L、1.5mol/L、
2mol/L、3mol/L等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]本专利技术中，引发剂的质量为有机单体质量的0.1
‑
1％，例如可以为0.1％、0.15％、0.25％、0.5％、1％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术中，所述加热固化温度为60
‑
70℃，例如可以为60℃，65℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]本专利技术中，所述加热固化时间为12
‑
24h，例如可以为12h，15h，18h，20h或24h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]第三方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，其特征在于：包括有机单体、锂盐、引发剂和有机溶剂；所述有机单体包括1,3
‑
二乙烯基四甲基二硅氧烷，以及季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸亚乙烯酯中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，其特征在于：锂盐选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈。4.根据权利要求1所述的提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中一种或两种。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的提高界面稳定的原位聚合凝胶聚合物电解质的制备，其特征在于：包括以下步骤：将有机单体、锂盐、引发剂、有机溶剂混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液注入到隔膜中，电池封装后加热固化，得到稳定性提高的原位聚合凝胶聚合物电解质。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：林双，杜春雨，单颖会，刘峥，吴涛，付传凯，李振铎，霍华，张志鹏，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：