聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置制造方法及图纸

本申请涉及聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置，聚合物电解质预聚液包括单体及电解液，单体通过自由基聚合形成聚合物分子链，聚合物分子交联形成三维网络结构聚合物电解质；电解液中包括有机溶剂，流动性较强，能渗透进电极孔隙中，促进聚合物电解质与电极之间的界面接触，提高聚合物电解质与电极之间界面浸润性，能够提高离子电导率，促进锂离子传输，提升电池的电化学性能。提升电池的电化学性能。提升电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置


[0001]本专利技术涉及固态电解质
，尤其涉及聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度大、循环寿命高、环境污染小和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中。传统的锂离子电池采用有机电解液作为电解质，但有机电解液使用过程中会出现锂枝晶生长和易燃、易爆、易挥发泄露等安全隐患。因此可以采用固态电解质来代替有机电解液，可以有效提高锂离子电池的安全性能。
[0003]商业化的负极材料一般为石墨或硅基材料，硅基材料表面常包覆碳层。负极界面容易产生固态电解质膜（SEI膜），SEI膜对电池电性能和安全性影响很大，而SEI膜的形成与生长受电解质对石墨或碳包覆层浸润性的影响很大，良好界面浸润性是产生界面良好接触的关键因素。商业化的高比容正极材料一般为镍钴锰三元金属化合物，正极表面有较多金属离子，极性较大，正极界面也容易形成固态电解质膜（CEI膜），同样地，CEI膜的形成与作用受界面接触和浸润影响较大。
[0004]由于固态电解质缺乏流动性，导致电解质与电极之间的界面浸润性不佳，电解质分子难以渗透入电极中，电解质与电极活性物质之间的界面有效接触面积减小，导致电解质离子电导率降低，影响锂离子在电池内部的传输效率。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提供聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置，能够提高聚合物电解质与电极之间的界面浸润性，能够提高离子电导率，促进锂离子传输，提升电池的电化学性能。
[0006]第一方面，本申请提供一种聚合物电解质预聚液，所述聚合物电解质预聚液包括单体及电解液，所述单体包括含共轭芳香基团的第一丙烯酸酯类单体及含极性基团的第二丙烯酸酯类单体。
[0007]在一些实施方式中，所述共轭芳香基团选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团。
[0008]在一些实施方式中，所述共轭芳香基团选自取代或未取代的苯基、萘基、苊基、茐基、吡啶基、吡咯基、菲基、蒽基、荧蒽基、芘基及联苯基中的至少一种。
[0009]在一些实施方式中，所述极性基团包括氧原子、硫原子、羰基和酯基中的至少一种。
[0010]在一些实施方式中，所述第一丙烯酸酯类单体选自式I所示的化合物，
[0011]式I；在式I中，R1选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团；R2选自氢原子或甲基；n1的取值范围为0~5的自然数；a的取值范围为0~3的自然数；所述第二丙烯酸酯类单体选自式II所示的化合物，
[0012]式II；在式II中，R3为所述极性基团，R4选自氢原子或甲基；n2的取值范围为1~5的自然数，n3的取值范围为1~5的自然数，b的取值范围为0~3的自然数。
[0013]在一些实施方式中，在所述聚合物电解质预聚液中，所述第一丙烯酸酯类单体和所述第二丙烯酸酯类单体的质量比为1:9~9:1。
[0014]在一些实施方式中，所述聚合物电解质预聚液的界面接触角为C
°
，C的取值范围为30~60。
[0015]在一些实施方式中，所述聚合物电解质预聚液的粘度为D cP，D的取值范围为5~20。
[0016]在一些实施方式中，所述单体在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为W %，W取值范围为2~10。
[0017]在一些实施方式中，所述单体在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为W %，所述聚合物电解质预聚液的界面接触角为C
°
，所述聚合物电解质预聚液的粘度为D cP，所述聚合物电解质预聚液聚合形成的聚合物电解质的阻抗为E mΩ，所述聚合物电解质预聚液聚合形成的聚合物电解质的离子电导率为F mS/cm，且所述阻抗满足以下关系：D*W*100/（F* cosC）≤E≤D*W*400*cosC。
[0018]在一些实施方式中，所述电解液在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为88%~98%。
[0019]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐。
[0020]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述有机溶剂在所述电解液中的质量占比为60%~80%。
[0021]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述有机溶剂包括碳酸酯类化合物或羧酸酯类化合物。
[0022]在一些实施方式中，所述有机溶剂包括碳酸酯类化合物，所述碳酸酯类化合物包括碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的至少一种。
[0023]在一些实施方式中，所述有机溶剂包括羧酸酯类化合物，所述羧酸酯类化合物包括乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸丙酯或甲酸苄酯中的至少一种。
[0024]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述添加剂在所述电解液中的质量占比为1%~10%。
[0025]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、丙磺酸内酯、柠康酸酐和亚磷酸三苯酯中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述锂盐在所述电解液中的质量占比为10%~30%。
[0027]在一些实施方式中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
[0028]在一些实施方式中，所述聚合物电解质预聚液还包括引发剂。
[0029]在一些实施方式中，所述引发剂包括偶氮腈类化合物和过氧化物类化合物中的至少一种。
[0030]在一些实施方式中，所述引发剂包括偶氮腈类化合物，所述偶氮腈类化合物包括偶氮二异丁腈和/或偶氮二异庚腈。
[0031]在一些实施方式中，所述引发剂包括过氧化物类化合物，所述过氧化物类化合物包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化十二酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化氢二异丙苯、过氧化氢二异丙苯、过氧化氢对烷和过氧化甲乙酮中的至少一种。
[0032]在一些实施方式中，所述引发剂在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为0.02%~0.12%。
[0033]在一些实施方式中，所述电解液在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为88%~98%。
[0034]第二方面，本申请提供一种聚合物电解质，所述聚合物电解质为第一方面所述的聚合物电解质预聚液通过原位聚合得到，所述聚合物电解质包括式III所示结构的聚合物分子链，
[0035]式III；其中，A为式I所示的第一丙烯酸酯类单体，B为式II所示的第二丙烯酸酯类单体，m1≥0，m2≥0，且m1+m2>0；所述第一丙烯酸酯类单体与所述第二丙烯酸酯类单体聚合形成所述聚合物分子链，所述聚合物分子链交联形成三维网络结构的聚合物； [0036]式I；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质预聚液，其特征在于，所述聚合物电解质预聚液包括单体及电解液，所述单体包括含共轭芳香基团的第一丙烯酸酯类单体及含极性基团的第二丙烯酸酯类单体。2.根据权利要求1所述的聚合物电解质预聚液，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：（1）所述共轭芳香基团选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团；（2）所述共轭芳香基团选自取代或未取代的苯基、萘基、苊基、茐基、吡啶基、吡咯基、菲基、蒽基、荧蒽基、芘基及联苯基中的至少一种；（3）所述极性基团包括氧原子、硫原子、羰基和酯基中的至少一种。3.根据权利要求2所述的聚合物电解质预聚液，其特征在于，所述第一丙烯酸酯类单体选自式I所示的化合物，，式I；在式I中，R1选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团；R2选自氢原子或甲基；n1的取值范围为0~5的自然数；a的取值范围为0~3的自然数；所述第二丙烯酸酯类单体选自式II所示的化合物，，式II；在式II中，R3为所述极性基团，R4选自氢原子或甲基；n2的取值范围为1~5的自然数，n3的取值范围为1~5的自然数，b的取值范围为0~3的自然数。4.根据权利要求1~3任一项所述的聚合物电解质预聚液，其特征在于，所述聚合物电解质预聚液满足以下特征（1）~（4）中的至少一种：（1）在所述聚合物电解质预聚液中，所述第一丙烯酸酯类单体和所述第二丙烯酸酯类单体的质量比为1:9~9:1；（2）所述聚合物电解质预聚液的界面接触角为C
°
，C的取值范围为30~60；（3）所述聚合物电解质预聚液的粘度为D cP，D的取值范围为5~20；（4）所述单体在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为W %，W取值范围为2~10。5.根据权利要求4所述的聚合物电解质预聚液，其特征在于，所述单体在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为W %，所述聚合物电解质预聚液的界面接触角为C
°
，所述聚合物电解质预聚液的粘度为D cP，所述聚合物电解质预聚液聚合形成的聚合物电解质的阻抗为E mΩ，所述聚合物电解质预聚液聚合形成的聚合物电解质的离子电导率为F mS/cm，且所述阻抗满足以下关系：D*W*100/（F* cosC）≤E≤D*W*400*cosC。6.根据权利要求4所述的聚合物电解质预聚液，其特征在于，所述聚合物电解质预聚液
满足以下特征（1）~（10）中的至少一种：（1）所述电解液在所述聚合物电解质预聚液中的质量占比为88%~98%；（2）所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐；（3）所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述有机溶剂在所述电解液中的质量占比为60%~80%；（4）所述电解液包括有机溶剂、添加剂以及锂盐，所述有机溶剂包括碳酸酯类化合物或羧酸酯类化合物；（5）所述有机溶剂包括碳酸酯类化合物，所述碳酸酯类化合物包括碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊焕，韩宜林，徐耿标，黎日强，杨成林，徐扬海，张赛赛，李子坤，任建国，黄友元，贺雪琴，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：