【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电解液、凝胶聚合物电解质及锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池(lithium ion battery，lib)具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、环境友好且自放电小等优点，可以作为电动汽车，混合动力汽车，插电式混合动力汽车，工业及智能电网中便携储能设备，在日后的使用中拥有广阔的应用前景。
2、电解质作为lib中极为重要的组成部分之一，其对lib的安全性和电化学性能都有极大的影响。传统的电解质材料是以有机液体电解质为主，其他为辅，但是有机液态电解质极易发生漏液和气胀等问题，从而引发一系列的安全问题。固体电解质的安全性好，但与电极接触性较差导致界面阻抗高，且大多数固体电解质的室温离子电导率较低，不能满足锂离子电池的需要。而凝胶聚合物电解质是基于全固态聚合物电解质添加相应增塑剂形成的电解质，这种组合既具有固体的内聚性，又具有液体的扩散性，它结合了聚合物基体的优异特性(如机械稳定性、柔韧性和不易泄漏等)与液态有机电解质的优异离子传导性，商业化前景显著。
3、虽然凝胶聚合物电解质具有很多优异的性能，但其也存在机械强度低，难以抵抗在电池使用过程中锂枝晶的破坏。中国专利cn201910732788.8公开使用石墨烯量子点作为添加剂对电解液进行改性，在不影响锂离子传输的前提下，作为形核位点引导锂的均匀形核和生长沉积，抑制锂金属电极充放电循环中的枝晶生长，消除短路隐患。但是在常规电解液中加入聚合物和石墨烯量子点不能改善电极尤其是使用硅负极，由于其体积膨胀而导致的电池电化学性能劣化，并且，由于
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种锂离子电解液，用其制备的凝胶聚合物电解质保液量佳，具有较佳的常温循环性能。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种锂离子电解液，所述锂离子电解液包括锂盐、有机溶剂、前驱体以及添加剂，所述添加剂包括零维碳纳米材料、准零维碳纳米材料中的一种或两种，以及增塑剂。
4、优选地，所述前驱体选自甲基丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯(vc)、丙烯腈(an)、醋酸乙烯酯(vac)、苯乙烯(st)、聚氧化乙烯(peo)、聚苯醚(ppo)、聚氧化亚甲基(pom)、聚乙酸乙烯酯(pva)、聚乙烯亚胺(pei)、聚乙烯丁二酸酯、聚氧杂环丁烷、聚β-丙醇酸内酯、聚表氯醇、聚n-丙基氮杂环丙烷、聚烯化多硫、聚偏氟乙烯(pvdf)、丙烯酸甲酯(ma)、丙烯酰胺(am)、2-羟基丙烯酸甲酯、三氟乙基丙烯酸酯(tfma)、聚乙二醇苯醚丙烯酸酯(pegpea)、聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、聚乙二醇二缩水甘油醚(pegde)、乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸(etpta)、聚氰基聚乙烯醇(pva-cn)、1,3-二氧戊环(dol)、1,3,5-三氧六环、1,4-二氧六环、四氢呋喃(thf)、聚乙烯醇缩甲醛(pvfm)中的一种或多种。
5、优选地，所述前驱体占所述锂离子电解液总质量的1～5％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％等。
6、优选地，所述增塑剂选自氟苯、乙酸乙酯、邻苯二甲酸甲酯中的一种或多种。
7、优选地，所述增塑剂占所述锂离子电解液总质量的3～12％，例如3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％等。
8、优选地，当所述锂盐不包括lipf6和/或libf4时，所述锂离子电解液还包括引发剂；当所述锂盐包括lipf6和/或libf4时，所述锂离子电解液选择性地加入引发剂。lipf6在一定条件下搁置后可部分分解形成pf5，libf4在一定条件下搁置后可部分分解产生bf3，pf5及bf3可分别作为形成聚合物的引发剂，使电解液从液态转变为凝胶态。
9、优选地，所述引发剂选自偶氮类引发剂、过氧类引发剂、氧化还原类引发剂、阳离子聚合的引发剂、阴离子聚合的引发剂中的一种或多种。
10、进一步优选地，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或两种；所述过氧类引发剂包括过氧化二苯甲酰胺；所述阳离子聚合的引发剂包括bf3、pf5、alcl3、al(cf3so3)3、sn(cf3so3)2中的一种或几种；所述阴离子聚合的引发剂碱金属、碱金属和碱土金属的有机化合物、三级胺、亲核试剂中的一种或多种。
11、优选地，所述添加剂还包括苯磺酰胺衍生物中的一种或多种，所述苯磺酰胺衍生物的结构式为其中，r1选自f、烷基、氟代烷基中的任一种，r2选自h、f、烷基、氟代烷基中的任一种。
12、进一步优选地，所述苯磺酰胺衍生物包括n-甲基-n-亚硝基对甲苯磺酰胺(cas：80-11-5)。
13、优选地，所述苯磺酰胺衍生物占所述锂离子电解液总质量0.05～5％，例如0.05％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、3％、4％、5％等。
14、优选地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、1,4–丁内酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙腈、己二腈、丁二腈、戊二腈、n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜、二甲基砜，环丁砜、三甲基磷酸酯中的一种或多种。
15、根据一些优选的实施方式，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯以及碳酸甲乙酯。当所述前驱体选自聚合物(例如pva-cn等)时，聚合物在该有机溶剂的体系中的溶解性较差，溶解需要较长的时间(2h以上)，作为优选，有机溶剂还包括n,n-二甲基甲酰胺。通过将聚合物先溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，然后再与该有机溶剂的体系混合，可大大缩短聚合物的溶解时间。
16、优选地，所述有机溶剂占所述锂离子电解液总质量70～85％，例如70％、72％、74％、76％、78％、80％、82％等。
17、优选地，所述锂盐包括litfsi、lipf6、libf4、libob、libc2o4f2、liclo4、licf3so3、lin(fso2)2、lin(cf3so2)2中的一种或多种。
18、优选地，所述锂盐占所述锂离子电解液总质量的10～20％，例如10％、11％、12％、13％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。
19、优选地，所述零维碳纳米材料包括富勒烯、纳米金刚石、碳纳米洋葱中的一种或多种。
20、优选地，所述准零维碳纳米材料包括石墨烯量子点和/或碳点。
21、优选地，所述零维碳纳米材料、准零维碳纳米材料中的一种或两种占所述锂离子电解液总质量0.05～0.5％，例如0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。
22、本专利技术还提供一种凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质由如上所述的锂离子电解液反应形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电解液，其特征在于，所述锂离子电解液包括锂盐、有机溶剂、前驱体以及添加剂，所述添加剂包括零维碳纳米材料、准零维碳纳米材料中的一种或两种，以及增塑剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述前驱体选自甲基丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、苯乙烯、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚氧化亚甲基、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯亚胺、聚乙烯丁二酸酯、聚氧杂环丁烷、聚β-丙醇酸内酯、聚表氯醇、聚N-丙基氮杂环丙烷、聚烯化多硫、聚偏氟乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、2-羟基丙烯酸甲酯、三氟乙基丙烯酸酯、聚乙二醇苯醚丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸、聚氰基聚乙烯醇、1,3-二氧戊环、1,3,5-三氧六环、1,4-二氧六环、四氢呋喃、聚乙烯醇缩甲醛中的一种或多种；和/或，所述前驱体占所述锂离子电解液总质量的1～5％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述增塑剂选自氟苯、乙酸乙酯、邻苯二甲酸甲酯中的一种或多种；和/或，
4.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，当所述锂盐不包括L
5.根据权利要求4所述的锂离子电解液，其特征在于，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或两种；
6.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述添加剂还包括苯磺酰胺衍生物中的一种或多种，所述苯磺酰胺衍生物的结构式为其中，R1选自F、烷基、氟代烷基中的任一种，R2选自H、F、烷基、氟代烷基中的任一种。
7.根据权利要求6所述的锂离子电解液，其特征在于，所述苯磺酰胺衍生物包括N-甲基-N-亚硝基对甲苯磺酰胺；和/或，
8.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、1,4–丁内酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙腈、己二腈、丁二腈、戊二腈、N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜、二甲基砜，环丁砜、三甲基磷酸酯中的一种或多种；和/或，所述有机溶剂占所述锂离子电解液总质量70～85％。
9.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2中的一种或多种；和/或，所述锂盐占所述锂离子电解液总质量的10～20％。
10.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述零维碳纳米材料包括富勒烯、纳米金刚石、碳纳米洋葱中的一种或多种；所述准零维碳纳米材料包括石墨烯量子点和/或碳点；和/或，
11.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质由如权利要求1至10任一项所述的锂离子电解液反应形成。
12.根据权利要求11所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述反应包括在55～65℃的温度下搁置20～28小时，使所述锂离子电解液从液态转变为凝胶态的凝胶聚合物电解质。
13.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜以及如权利要求11或12所述的凝胶聚合物电解质。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极的材料为三元材料，所述负极的材料为硅碳。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电解液，其特征在于，所述锂离子电解液包括锂盐、有机溶剂、前驱体以及添加剂，所述添加剂包括零维碳纳米材料、准零维碳纳米材料中的一种或两种，以及增塑剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述前驱体选自甲基丙烯酸酯、碳酸亚乙烯酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、苯乙烯、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚氧化亚甲基、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯亚胺、聚乙烯丁二酸酯、聚氧杂环丁烷、聚β-丙醇酸内酯、聚表氯醇、聚n-丙基氮杂环丙烷、聚烯化多硫、聚偏氟乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、2-羟基丙烯酸甲酯、三氟乙基丙烯酸酯、聚乙二醇苯醚丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸、聚氰基聚乙烯醇、1,3-二氧戊环、1,3,5-三氧六环、1,4-二氧六环、四氢呋喃、聚乙烯醇缩甲醛中的一种或多种；和/或，所述前驱体占所述锂离子电解液总质量的1～5％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述增塑剂选自氟苯、乙酸乙酯、邻苯二甲酸甲酯中的一种或多种；和/或，
4.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，当所述锂盐不包括lipf6和/或libf4时，所述锂离子电解液还包括引发剂；当所述锂盐包括lipf6和/或libf4时，所述锂离子电解液选择性地加入引发剂；
5.根据权利要求4所述的锂离子电解液，其特征在于，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或两种；
6.根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述添加剂还包括苯磺酰胺衍生物中的一种或多种，所述苯磺酰胺衍生物的结构式为其中，r1选自f、烷基、氟代烷基中的任一种，r2选自h、f、烷基、氟代烷基中的任一种。
7.根据权利要求6所述的锂离子电解液，其特征在于，所述苯磺酰胺衍...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁杰，李云飞，张尹，甘朝伦，
申请(专利权)人：张家港市国泰华荣化工新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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