一种半固态电解质及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种半固态电解质及其制备方法与应用。上述半固态电解质，原料包括以下组分：酯类化合物；锂盐；聚合物单体；引发剂；上述聚合物单体包括乙二醇、二甲基丙烯酸酯、N,N

【技术实现步骤摘要】
一种半固态电解质及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种半固态电解质及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]21世纪以来，人们越来越强烈地寄希望于新能源技术的进步来缓和现在石油等不可再生资源的紧张情况。锂离子电池由于能量密度大，持续能量输出、且符合环保要求而受到特别青睐，但锂离子电池的安全性是人们普遍关注关心的重大问题。传统的液态电解液存在泄露的风险，并且电池在循环过程中电极表面容易产生锂枝晶，锂枝晶持续生长会刺穿隔膜进而引起正负极短路，极易引起电池发生起火爆炸等事故。固态电解质在抑制锂枝晶穿透隔膜引起正负极短路方面起到重要作用，同时作为提升锂电池安全性的关键部分固态电解质得到了广泛关注，但是传统固态电解质锂离子电导率低，限制了电池的充放电倍率性能；此外，全固态电池中，正极与电解质界面、负极与电解质界面的阻抗和界面反应问题，使得电池电化学性能恶化，这也限制了全固态电池的应用。
[0003]半固态电池中含有半固态电解质，这使得其具有电解液泄露风险降低、电池安全性高、电池界面良好、电池电化学性能稳定等优点，因此吸引了越来越多人的关注。但是现有技术中，半固态电解质界面和电极界面之间会存在空隙，两者不能充分接触，从而严重影响了电芯的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的第一个技术问题是：
[0005]提供一种半固态电解质。
[0006]本专利技术所要解决的第二个技术问题是：
[0007]提供一种所述半固态电解质的制备方法。
[0008]本专利技术所要解决的第三个技术问题是：
[0009]所述半固态电解质的应用。
[0010]为了解决所述第一个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0011]一种半固态电解质，原料包括以下组分：
[0012]酯类化合物；
[0013]锂盐；
[0014]聚合物单体；
[0015]引发剂；
[0016]所述聚合物单体包括乙二醇、二甲基丙烯酸酯、N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺、N,N
’‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和乙酰乙酸烯丙酯中的至少一种。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
[0018]1.所述半固态电解质中的聚合物单体，在引发剂作用下发生链式聚合反应，在半固态电解质中主要起骨架支撑作用，液体物质包含在聚合物的空隙中。所述半固态电解质在常温下具有类似果冻状的外观，无法自由流动，具有良好的力学性能和空间尺寸稳定性，同时有着良好的室温离子电导率。
[0019]2.通过在电解质中加入聚合物单体，使得所述半固态电解质中存在聚合物网络，所述聚合物网络能够促进电化学性能。优选的，当将所述半固态电解质负载到含有电解液的电池上后，所述聚合物网络中的孔隙能够储存一定的电解液，使得电解液在聚合物网络和电极界面之间游离，基于此，一方面降低了电解液泄露风险，另一方面促进了所述半固态电解质和电极的良好接触，从而促进了电池的电化学性能。
[0020]根据本专利技术的一种实施方式，所述的一种半固态电解质，原料包括以下重量份的组分：
[0021]80
‑
96重量份的酯类化合物；
[0022]9‑
20重量份的锂盐；
[0023]4‑
8重量份的聚合物单体；
[0024]0.04
‑
0.08重量份的引发剂。
[0025]根据本专利技术的一种实施方式，所述酯类化合物包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的一种实施方式，所述酯类化合物包括0～25重量份的碳酸二甲酯、25～55重量份的碳酸甲乙酯、0～2重量份的碳酸亚乙烯酯和20～40重量份的碳酸乙烯酯。
[0027]根据本专利技术的一种实施方式，所述锂盐包括LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)和LiPF6(六氟磷酸锂)中的至少一种。
[0028]根据本专利技术的一种实施方式，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈和偶氮二异庚腈中的至少一种。
[0029]根据本专利技术的一种实施方式，当引发剂选用偶氮二异丁腈时，引发剂与聚合物单体的部分反应机理如下：
[0030]偶氮二异丁氰分解生成自由基：
[0031][0032]初级自由基与单体反应，形成单体自由基：
[0033][0034]链增长反应：
[0035][0036]为了解决所述第二个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0037]一种制备所述半固态电解质的方法，包括以下步骤：
[0038]混合所述酯类化合物、所述锂盐、聚合物单体和所述引发剂，得到混合物，经固化
工序，得到所述半固态电解质。
[0039]根据本专利技术的一种实施方式，所述固化工序，包括以下步骤：将所述混合物静置24
‑
30小时后，再置于60℃
‑
80℃下加热2
‑
3小时。
[0040]根据本专利技术的一种实施方式，将得到的所述半固态电解质进行化成工序，所述化成工序的温度保持在60℃
‑
80℃，压力保持在0
‑
0.5MPa。
[0041]一种半固态电池，包括所述的半固态电解质、电极和位于所述半固态电解质和所述电极之间的液态电解液。所述半固态电解质的界面和电极界面之间不可避免的会存在空隙，不能充分接触，这会严重影响电池的性能，基础此，在所述半固态电解质和所述电极之间添加液态电解液，从而填补空隙。但是液态电解液的添加，又不可避免的会出现电解液泄露风险，基于此，本专利技术在所述半固态电解质的原料中添加聚合物单体，以在所述半固态电解质中形成聚合物网络，所述聚合物网络中的孔隙能够储存一定的电解液，使得电解液在聚合物网络和电极界面之间游离，基于此，一方面降低了电解液泄露风险，另一方面促进了所述半固态电解质和电极的良好接触，从而促进了电池的电化学性能。
[0042]根据本专利技术的一种实施方式，混合所述半固态电解质的原料后，静置24
‑
30小时，再置于60℃
‑
80℃下加热2
‑
3小时，完成固化，再进行电池化成(化成工步比较简单)，化成后，剪开电池预留气袋，在预留气袋中再注入液态电解液，所述液态电解液的组分包括酯类化合物和锂盐，抽气二封，完成电池的制作。
[0043]根据本专利技术的一种实施方式，所述化成工序，包括以下步骤：在电流0.004
‑
0.05C下，恒流充电2h；搁置5min后在30
‑
45℃、电压4.0
‑
4.3V，电流0.1C
‑
0.2C下恒流充电3h；搁置5min后在30
‑
45℃、电压4.0
‑
4.3V、电流0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态电解质，其特征在于：原料包括以下组分：酯类化合物；锂盐；聚合物单体；引发剂；所述聚合物单体包括乙二醇、二甲基丙烯酸酯、N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺、N,N
’‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和乙酰乙酸烯丙酯中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种半固态电解质，其特征在于：原料包括以下重量份的组分：80
‑
96重量份的酯类化合物；9
‑
20重量份的锂盐；4
‑
8重量份的聚合物单体；0.04
‑
0.08重量份的引发剂。3.根据权利要求1所述的一种半固态电解质，其特征在于：所述酯类化合物包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种半固态电解质，其特征在于：所述锂盐包括LiFSI和LiPF6中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种半固态电解质，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔东波，邵俊华，张勇来，宋东亮，王亚洲，韩飞，李渠成，张利娟，李海杰，龚国斌，施艳霞，司雅楠，郭飞，闫志卫，王郝为，闫国锋，
申请(专利权)人：湖南法恩莱特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：