【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种原位固化固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池具有能量密度高、自放电低等优势已经成为最为广泛的电化学储能器件，已经大规模应用于数码产品、新能源汽车等领域。目前已商业化的锂离子电池大都采用的是有机液态电解质，极容易出现漏液的现象，严重时还会造成短路引发爆炸等事故，因此大容量、高能量锂二次电池的商业应用受到了限制，设计和开发高性能电解质对于提升锂二次电池的安全使用性能和电化学性能十分必要。
2、相比于传统的有机电解液带来的安全问题，固态电解质有望同时提高电池的安全性能和能量密度。其中聚合物固态电解质因其良好的安全性、热稳定性、柔顺性以及优异的界面接触等特点，能够大幅度地提升现有锂离子电池的安全性能而备受关注。原位固化反应制备的固态电解质能够有效改善电解质与电极的界面相容性、简化电池组装工艺、降低制造成本。
3、cn111446496a公开了一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用，所述聚合物固态电解质包括橡胶接枝改性物；所述橡胶接枝改性物中的接枝物包括下述物质(i)-(v)的至少一种：(i)丙烯酸酯及其衍生物的低聚物，(ii)小分子添加剂，(iii)丙烯酸酯及其衍生物的低聚物的自聚物，(iv)丙烯酸酯及其衍生物的低聚物和小分子添加剂的交联物，(v)丙烯酸酯及其衍生物的低聚物的自聚物和小分子添加剂的交联物；所述聚合物固态电解质中还包含锂盐和增塑剂。该技术方案提供的聚合物固态电解质用于锂离子电池时，具有锂离子迁移数大、可抑制锂枝晶的生长、结构稳定、电导率高、循环稳定
4、cn114221021a公开了一种原位固化的聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池，所述聚合物电解质的原料包括单体、锂盐、引发剂和有机溶剂；所述单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷或1,3-二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合。该技术方案提供的原位固化的聚合物电解质用于锂离子电池时，提高了电池的安全性能，同时制备工艺简单有效。
5、在实际的生产过程中，由于软包电池、方形电池和圆柱电池体积较大，卷绕或叠片层数较多，且接触紧密，固态电解质的制备原料在其中渗透困难，引发剂会发生缓慢分解，导致浸润不均匀，造成原位固化时固态电解质分布不均匀，产生气泡或液体堆积，严重影响电池的电性能。
6、因此，需要开发一种在锂离子电池中浸润性好，分布均匀，与活性材料结合紧密的原位固化固态电解质。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种原位固化固态电解质及其制备方法和应用，所述原位固化固态电解质用于锂离子电池时，具有浸润性好，分布均匀，与活性材料结合紧密，能提高锂离子电池的稳定性和循环性能的特点。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种原位固化固态电解质，所述原位固化固态电解质的制备原料包括聚合单体、引发剂、锂盐、阻聚剂和有机溶剂。
4、本专利技术中，所述原位固化固态电解质通过在原位固化固态电解质的制备原料中添加阻聚剂，产生诱导期，推迟聚合单体的聚合时间，延长原位固化固态电解质的制备原料在锂离子电池电芯中的浸润时间，充分浸润后再进行固化反应，避免浸润过程中发生固化反应影响原位固化固态电解质分布的均匀性，能形成固化均匀的原位固化固态电解质。所述聚合单体、引发剂、锂盐、有机溶剂和阻聚剂复配制备得到原位固化固态电解质用于锂离子电池时，具有固化均匀性好，分布均匀，与活性材料结合紧密，能提高锂离子电池的稳定性和循环性能的特点。
5、优选地，所述聚合单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、环氧乙烷或1,3-二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为季戊四醇四丙烯酸酯。
6、本专利技术中，所述季戊四醇四丙烯酸酯结构中含有多个双键，聚合后可形成网状交联结构，使聚合产物更加稳定，力学性能较好，固化均匀性好，制得的原位固化固态电解质性能好，且季戊四醇四丙烯酸酯简单易得，存储方便，价格便宜容易控制成本，聚合过程条件温和易实现，不需要对生产设备进行大规模改动。
7、优选地，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为偶氮二异丁腈。
8、优选地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
9、优选地，所述原位固化固态电解质的制备原料还包括添加剂。
10、优选地，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、亚硫酸丙烯酯、硫酸亚乙酯、氟苯或十二烷基硫酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
11、优选地，所述阻聚剂包括对苯二酚、对羟基苯甲醚、2,6-二叔丁基对甲苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌或四氯苯醌中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为对羟基苯甲醚。
12、本专利技术中，所述聚合单体优选为季戊四醇四丙烯酸酯时，所述阻聚剂优选为对羟基苯甲醚，原因在于，市售的季戊四醇四丙烯酸酯中本就含有500ppm左右的对羟基苯甲醚阻聚剂，首先阻聚剂选择对羟基苯甲醚不会引入其他杂质对季戊四醇四丙烯酸酯造成影响，其次对羟基苯甲醚后期也会参与聚合反应不会造成残留，制得的原位固化固态电解质性能好。
13、优选地，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、二甲氧基甲烷或乙腈中的任意一种或至少两种的组合。
14、优选地，所述聚合单体、引发剂、锂盐、有机溶剂、阻聚剂和添加剂的含水量各自独立地≤20ppm(例如1ppm、3ppm、5ppm、8ppm、10ppm、12ppm、15ppm或18ppm)。
15、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的原位固化固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
16、将聚合单体、引发剂、锂盐、阻聚剂和有机溶剂进行混合，得到原位固化电解液前驱体，将原位固化电解液前驱体注入电芯内，封装，静置，加热固化，得到所述原位固化固态电解质。
17、优选地，以原位固化电解液前驱体的总质量为100％计，所述聚合单体的质量百分比为1％-40％，例如2％、3％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、33％、35％或38％等，进一步优选为1-2％。
18、本专利技术中，所述聚合单体的质量百分比为1％-40％，若聚合单体的质量百分比过大，则制得的原位固化固态电解质离子电导率下降，影响锂离子电池的性能；若聚合单体的质量百分比过小，则聚合后的凝胶较少，游离电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位固化固态电解质，其特征在于，所述原位固化固态电解质的制备原料包括聚合单体、引发剂、锂盐、阻聚剂和有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述聚合单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、环氧乙烷或1,3-二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为季戊四醇四丙烯酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为偶氮二异丁腈。
4.根据权利要求1-3任一项所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述阻聚剂包括对苯二酚、对羟基
6.根据权利要求1-5任一项所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、二甲氧基甲烷或乙腈中的任意一种或至少两种的组合。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的原位固化固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以原位固化电解液前驱体的总质量为100％计，所述聚合单体的质量百分比为1％-40％，进一步优选为1％-2％；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述混合在氩气气氛中进行；
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-6中任一项所述的原位固化固态电解质；
...【技术特征摘要】
1.一种原位固化固态电解质，其特征在于，所述原位固化固态电解质的制备原料包括聚合单体、引发剂、锂盐、阻聚剂和有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述聚合单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、环氧乙烷或1,3-二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为季戊四醇四丙烯酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为偶氮二异丁腈。
4.根据权利要求1-3任一项所述的原位固化固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的原位固...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳洁，陈规伟，冀亚娟，赵瑞瑞，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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