一种硅碳材料用凝胶电解质及其制备方法和电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅碳材料用凝胶电解质及其制备方法和电池。该硅碳材料用凝胶电解质的制备方法包括以下步骤：在保护条件下向碳硅电解液中依次加入聚合物单体、引发剂和添加剂，原位聚合，得到硅碳材料用凝胶电解质。本发明专利技术中，添加剂具体为路易斯酸或者酸催化剂。在凝胶电解质中引入路易斯酸或者酸催化剂，能够与锂盐LiPF6中的PF6‑

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳材料用凝胶电解质及其制备方法和电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种硅碳材料用凝胶电解质及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]在众多新型电池负极材料中，由于硅具有较高的储锂容量，低脱嵌锂电位，与电解液反应活性低等优点，且储量丰富，原料成本低，成为一种最有应用前景的锂离子电池负极材料。但是，硅在循环过程中伴随着巨大体积膨胀,会导致活性物质的机械断裂和粉碎，造成材料结构的破坏以及容量的不可逆损失，并且还会造成固态电解质膜(SEI)的持续性破坏和形成，进而消耗电池内部的锂离子和电解液，最终导致更厚且电阻更高的SEI膜的形成，由于厚的SEI膜会在循环过程中会产生较大的机械应力，造成电极结构进一步破坏。此外材料的结构破坏还可能会导致电池短路从而产生严重的安全问题。因此，怎样缓解和抑制Si的体积膨胀，成为目前硅基材料研究的重点。通过对硅基负极材料的组成和微观结构进行设计来抑制体积变化，并改善其导电性成为提高硅负极材料性能的一项有效措施。工业上常用的方法是将石墨与无定性碳/硅基复合材料进行混合，利用石墨的高导电性来改善硅碳负极整体的导电性，提高材料的首次充放电效率和循环稳定性。在此基础上，从电池体系出发考虑，还可以从其他方面入手进一步改善其电池性能，比如电解液。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种硅碳材料用凝胶电解质及其制备方法和电池。
[0004]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0005]一种硅碳材料用凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：在保护条件下向碳硅电解液中依次加入聚合物单体、引发剂和添加剂，原位聚合，得到硅碳材料用凝胶电解质。
[0006]上述技术方案中，添加剂具体为路易斯酸或者酸催化剂。在凝胶电解质中引入路易斯酸或者酸催化剂，能够与锂盐LiPF6中的PF6‑
结合，促进锂盐的解离，减少未解离LiPF6的数量，减少因锂盐LiPF6分解而发生的副反应，达到增加电池循环寿命的效果。
[0007]具体的，所述的聚合物单体选自包括但不限于三乙二醇二丙烯酸酯、三甘醇二乙酸酯和2
‑
丙烯酸丁酯、三(乙二醇)二乙烯基醚、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氰乙基聚乙烯醇或季戊四醇四丙烯酸酯中的一种。
[0008]具体的，所述的引发剂包括但不限于偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二邻甲苯甲酰、过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化氢。
[0009]具体的，所述的添加剂为路易斯酸或者酸催化剂。
[0010]具体的，所述的添加剂包括但不限于氮化锂、偏铝酸锂、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、钛酸钡、硼酸、三氯化铝、三氟化硼或三氧化硫。
[0011]上述技术方案中，试剂所具有的
‑
O
‑
B
‑
O
‑
交联结构可以参与形成SEI膜，增加SEI膜
的牢固，从而降低体积膨胀对电池性能的影响，改善硅碳材料的循环稳定性，提高循环寿命，并因为凝胶态的稳定性，不易泄露，极大的提高了电池的安全性能。
[0012]具体的，碳硅电解液、聚合物单体、引发剂和添加剂的用量之比为100:(3
‑
20):(0.05
‑
0.5):(0.05
‑
0.3)。
[0013]基于上述技术方案，添加剂在凝胶电解质中含量过高会导致凝胶电解质本身离子电导率会降低，影响电池容量的发挥，以及倍率性能会变差，过低的话改善效果不明显。
[0014]本专利技术还提供上述制备方法制备得到的硅碳材料用凝胶电解质。
[0015]本专利技术还提供了一种硅碳负极锂电池，包括本专利技术所提供的硅碳材料用凝胶电解质。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例1的循环曲线。
具体实施方式
[0017]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0018]实施例1
[0019]以设计比容量550mAh/g的硅碳材料为电极材料，将CR2430型币形电池组装在充Ar手套箱中。这些电池由SiC为阴极，隔膜和锂箔为阳极组成。SiC阴极由80wt％的SiC活性材料、10wt％炭黑(Super
‑
P)和10wt％聚偏氟乙烯(PVDF)组成。取20ml硅碳电解液(新宙邦LBC3068A56)，以0.23mol/L的浓度溶解单体三乙二醇二丙烯酸酯，再加入引发剂偶氮二异庚腈，质量为所加入单体质量的5％(操作均在充Ar手套箱中进行)。将混合后的电解液平分成两组，其中一组加入0.02mol/L硼酸，混合均匀后立刻注入电池。同时用普通电解液组装的电池作对照组，将组装好的电池老化12小时，以确保前体溶液充分湿润到电极中。组装好的电池在25℃的Land电池测试系统上电压范围0.02
‑
2v，以200mA/g的电流密度进行充放电循环。从循环曲线来看，凝胶电解质循环过程中容量保持更平稳，加了硼酸凝胶电解质电池比容量更高，循环如图1所示。
[0020]实施例2
[0021]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于将添加剂换成偏铝酸锂，用量相同，充放电循环的测试结果呈现的趋势也与实施例1一致。
[0022]实施例3
[0023]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于将聚合单体换成三(乙二醇)二乙烯基醚，用量相同，充放电循环的测试结果呈现的趋势也与实施例1一致。
[0024]以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳材料用凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在保护条件下向碳硅电解液中依次加入聚合物单体、引发剂和添加剂，原位聚合，得到硅碳材料用凝胶电解质。2.根据权利要求1所述的硅碳材料用凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述的聚合物单体选自包括但不限于三乙二醇二丙烯酸酯、三甘醇二乙酸酯和2
‑
丙烯酸丁酯、三(乙二醇)二乙烯基醚、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氰乙基聚乙烯醇或季戊四醇四丙烯酸酯中的一种。3.根据权利要求1所述的硅碳材料用凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述的引发剂包括但不限于偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二邻甲苯甲酰、过氧化二异丙苯或叔丁基过氧化氢。4.根据权利要求1所述的硅碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴美超，李爱红，金银龙，费鹏扬，
申请(专利权)人：天津普兰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：