【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解质制备，具体涉及一种凝胶准固态电解质及由其制备的锂电池。
技术介绍
1、锂离子电池目前在各种便携式电子设备、混合动力汽车和电动汽车上得到广泛应用。然而，目前商业使用的锂离子电池通常使用可燃性碳酸酯类电解液，其存在的漏液、腐蚀电极、热稳定性差等缺点易引发起火爆炸等安全问题。采用离子液体或砜类或腈类电解质代替碳酸酯类电解液可以显著提高锂离子电池的安全性能。
2、尽管离子液体或砜类或腈类电解质可以克服传统有机电解质的大部分缺点，但作为液态电解质直接使用时也存在易漏液、难封装等问题，解决办法一般是采用连续固相基体(凝胶剂)将液态电解质“固化”得到准固态的凝胶电解质(gpe)。目前用于锂电池的凝胶电解质一般是采用无机或有机聚合物凝胶剂通过物理(简单共混、浸渍、限域、溶液浇铸等)或化学交联(原位聚合、溶胶-凝胶法等)的方法制备。液态电解质被凝胶化后电导率会比纯液态降低一个数量级，这主要是因为对于常规的无机或有机聚合物凝胶剂来说，要想实现液态电解质的凝胶化，所需凝胶剂的用量都很高，一般在20wt％以上，这大大降低了液态电解质的含量，并导致离子电导率和锂离子迁移数下降。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种凝胶准固态电解质及由其制备的锂电池，通过添加低含量的小分子凝胶剂使离子液体或砜类或腈类液态电解质转变成凝胶准固态电解质，以解决液态电解质易漏液、难封装或者现有凝胶化准固态电解质制备方法复杂、其凝胶
3、(二)技术方案
4、第一方面，本专利技术提供一种凝胶准固态电解质，其包含小分子凝胶剂、有机溶剂和锂盐，其中所述有机溶剂为离子液体、砜类或腈类有机溶剂，所述小分子凝胶剂为具有氢键、范德华力、π-π作用等弱相互作用的小分子化合物，所述小分子化合物为胆固醇类、胆甾类、糖类、硬脂酸类、酰胺类和偶氮苯类中至少一种，分子量≤1000。
5、根据本专利技术的较佳实施例，所述小分子凝胶剂具体可以为胆固醇、二氢胆甾醇、胆固醇苯基氨基甲酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)乙酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)丁酸酯、胆甾烯4-(2-蒽氧基)丁酸酯、(2,3-双(正癸氧基)蒽、n-十二烷基葡萄糖酰胺、氨基糖苷、葡聚糖、d-山梨糖醇、甘露醇、半乳糖、双十二烷基1,4-苯二氨基甲酸二叔丁酯、硬脂酸、8-羟基硬脂酸、10-羟基硬脂酸、12-羟基硬脂酸、14-羟基硬脂酸、单硬脂酸甘油酸酯、双硬脂酸甘油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、均苯二酸酰胺类、n,n'-1,8-辛二基双十二烷酰胺、谷氨酰胺、3,4,5-十六烷基甲氧基苯甲酰胺、n-十六烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-十二烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-辛基-12-羟基十八烷酰胺、n-丁基-12-羟基十八烷酰胺、n-乙酰乙烯-12-羟基十八烷二胺、cis-1,3,5-环己烷甲酰胺中的至少一种。
6、根据本专利技术的较佳实施例，所述锂盐选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂、全氟丙烷二磺酰亚胺锂、(三氟甲基磺酰)(九氟丁基磺酰)亚胺锂、(氟磺酰基)(三氟甲磺酰)亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二腈胺锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟铝酸锂、六氟硅酸锂、六氟代锑酸锂和六氟钽酸锂中的至少一种。
7、根据本专利技术的较佳实施例，所述离子液体包括阴离子和阳离子，所述阴离子为双(三氟甲烷磺酰)亚胺根、双氟磺酰亚胺根、双(五氟乙基磺酰基)亚胺根、全氟丙烷二磺酰亚胺根、(三氟甲基磺酰)(九氟丁基磺酰)亚胺根、(氟磺酰基)(三氟甲磺酰)亚胺根、二腈胺根和四氟硼酸根中的至少一种。
8、根据本专利技术的较佳实施例，所述离子液体的阳离子为以下结构式的至少一种：
9、
10、其中，(a)和(b)为含取代基的咪唑阳离子，(c)为含取代基的四氢吡咯阳离子，(d)为含取代基的吡啶阳离子，(e)为溶剂化离子液体的阳离子。
11、其中r、r1、r2各自独立为甲氧基甲基、乙氧基甲基、丙氧基甲基、丁氧基甲基、具有1至6个碳原子的烷基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-丙氧基乙基、2-丁氧基乙基、3-甲氧基丙基、3-乙氧基丙基、3-丙氧基丙基、3-丁氧基丙基、4-甲氧基丁基、4-乙氧基丁基、4-丙氧基丁基、4-丁氧基丁基、2-(2-甲氧基乙氧基)乙基、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基、2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基、2-(2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基中的至少一种。
12、根据本专利技术的较佳实施例，所述砜类有机溶剂为二甲基砜、甲乙砜和环丁砜中的至少一种；所述腈类有机溶剂为丁二腈、己二腈、戊二腈和乙腈中的至少一种。
13、根据本专利技术的较佳实施例，锂盐在有机溶剂中的浓度为0.5-5.5mol/l；小分子凝胶剂的添加量为超分子凝胶准固态电解质的质量的1-10％；优选为1-5％(质量分数)，在该添加量下，既能使电解质具有典型的凝胶准固态形态，又能保持高离子电导率；且小分子凝胶剂添加量更优选为2％。
14、第二方面，本专利技术提供一种凝胶准固态电解质的制备方法，其包括：
15、s1、将锂盐加入到离子液体或砜类或腈类有机溶剂中，配制得到浓度为0.5-5.5mol/l的锂盐溶液；
16、s2、将预先经过除水处理的小分子凝胶剂加入到锂盐溶液中，使小分子凝胶剂的添加量为1-10％，并在80-90℃下保温使小分子凝胶剂完全溶解，得到均一透明溶液；
17、s3、将透明溶液冷却至室温，得到超分子凝胶准固态电解质。
18、根据本专利技术的较佳实施例，s1的操作环境中含氧或含水量低于0.1ppm，且含水或含氧量越低越好。
19、第三方面，本专利技术涉及包含上述任一实施例的凝胶准固态电解质的锂离子电池。
20、(三)有益效果
21、(1)本专利技术选用一类低成本且易得的小分子凝胶剂在离子液体或砜类或腈类电解液中直接升温溶解转变为非聚集态的均一溶液，再迅速降温冷却即可得到超分子凝胶电解质，整个过程非常简单，无需传统凝胶电解质复杂的制备步骤。相较于传统的采用无机或有机聚合物凝胶剂通过物理(简单共混、浸渍、限域、溶液浇铸等)或化学交联(原位聚合、溶胶-凝胶法等)的方法制备凝胶电解质(gpe)，本专利技术的凝胶准固态电解质制备过程简单且易于操作，并能解决液态电解质易漏液、难封装等技术问题。更为重要的是，小分子凝胶剂使液态电解质实现凝胶固相化所需要的用量很低，因此使得凝胶电解质保持较高电导率。
22、(2)本专利技术提供的凝胶准固态电解质的电导率高，电化学稳定性良好，由离子液体制备而成的超分子凝胶准固态电解质的热分解温度约为180℃，可以使锂电池在高温环境中正常工作，避免了常规celgard隔膜由于高温造成的尺寸收缩现象。
23、(3)目前常规凝胶电解质在使用时一般需要先制备成薄膜再组装电池，这使得电极与电解质的接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种凝胶准固态电解质，其特征在于，其包含小分子凝胶剂、有机溶剂和锂盐，其中所述有机溶剂为离子液体、砜类或腈类有机溶剂，所述小分子凝胶剂为具有氢键、范德华力、π-π作用等弱相互作用的小分子化合物，所述小分子化合物为胆固醇类、胆甾类、糖类、硬脂酸类、酰胺类和偶氮苯类中至少一种，分子量≤1000。
2.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述小分子凝胶剂为胆固醇、二氢胆甾醇、胆固醇苯基氨基甲酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)乙酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)丁酸酯、胆甾烯4-(2-蒽氧基)丁酸酯、(2,3-双(正癸氧基)蒽、N-十二烷基葡萄糖酰胺、氨基糖苷、葡聚糖、D-山梨糖醇、甘露醇、半乳糖、双十二烷基1,4-苯二氨基甲酸二叔丁酯、硬脂酸、8-羟基硬脂酸、10-羟基硬脂酸、12-羟基硬脂酸、14-羟基硬脂酸、单硬脂酸甘油酸酯、双硬脂酸甘油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、均苯二酸酰胺类、N,N'-1,8-辛二基双十二烷酰胺、谷氨酰胺、3,4,5-十六烷基甲氧基苯甲酰胺、n-十六烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-十二烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-辛基-12-羟基十八烷酰
3.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述锂盐选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂、全氟丙烷二磺酰亚胺锂、(三氟甲基磺酰)(九氟丁基磺酰)亚胺锂、(氟磺酰基)(三氟甲磺酰)亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二腈胺锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟铝酸锂、六氟硅酸锂、六氟代锑酸锂和六氟钽酸锂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述离子液体包括阴离子和阳离子，所述阴离子为双(三氟甲烷磺酰)亚胺根、双氟磺酰亚胺根、双(五氟乙基磺酰基)亚胺根、全氟丙烷二磺酰亚胺根、(三氟甲基磺酰)(九氟丁基磺酰)亚胺根、(氟磺酰基)(三氟甲磺酰)亚胺根、二腈胺根和四氟硼酸根中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述离子液体的阳离子为以下结构式的至少一种：
6.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述砜类有机溶剂为二甲基砜、甲乙砜和环丁砜中的至少一种；所述腈类有机溶剂为丁二腈、己二腈、戊二腈和乙腈中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，锂盐在有机溶剂中的浓度为0.5-5.5mol/L；小分子凝胶剂的添加量为超分子凝胶准固态电解质的质量的1-10％。
8.一种权利要求1-7任一项所述的凝胶准固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S1的操作环境中含氧或含水量低于0.1PPm。
10.一种锂离子电池，其包含权利要求1-7任一项所述的凝胶准固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种凝胶准固态电解质，其特征在于，其包含小分子凝胶剂、有机溶剂和锂盐，其中所述有机溶剂为离子液体、砜类或腈类有机溶剂，所述小分子凝胶剂为具有氢键、范德华力、π-π作用等弱相互作用的小分子化合物，所述小分子化合物为胆固醇类、胆甾类、糖类、硬脂酸类、酰胺类和偶氮苯类中至少一种，分子量≤1000。
2.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述小分子凝胶剂为胆固醇、二氢胆甾醇、胆固醇苯基氨基甲酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)乙酸酯、胆固醇4-(2-蒽氧基)丁酸酯、胆甾烯4-(2-蒽氧基)丁酸酯、(2,3-双(正癸氧基)蒽、n-十二烷基葡萄糖酰胺、氨基糖苷、葡聚糖、d-山梨糖醇、甘露醇、半乳糖、双十二烷基1,4-苯二氨基甲酸二叔丁酯、硬脂酸、8-羟基硬脂酸、10-羟基硬脂酸、12-羟基硬脂酸、14-羟基硬脂酸、单硬脂酸甘油酸酯、双硬脂酸甘油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、均苯二酸酰胺类、n,n'-1,8-辛二基双十二烷酰胺、谷氨酰胺、3,4,5-十六烷基甲氧基苯甲酰胺、n-十六烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-十二烷基-12-羟基十八烷酰胺、n-辛基-12-羟基十八烷酰胺、n-丁基-12-羟基十八烷酰胺、n-乙酰乙烯-12-羟基十八烷二胺、cis-1,3,5-环己烷甲酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的凝胶准固态电解质，其特征在于，所述锂盐选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂、全氟丙烷二磺酰亚胺锂、(...
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