【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可充电电池领域。特别是，涉及用于制备凝胶聚合物电解质的组合物，涉及通过该组合物的热原位聚合形成的凝胶聚合物电解质，以及涉及包含该凝胶聚合物电解质的锂金属二次电池。
技术介绍
1、提高锂金属电池的循环寿命和安全性是必须的，尤其是对于电动车辆和evtol应用。一方面，具有液体电解质的普通锂金属电池由于使用易燃液体溶剂和锂枝晶的形成而引发电芯(cell)短路，从而导致过热，进而导致热失控，因此循环性(cyclability)和安全性较差。
2、为此，用固体电解质体系(例如固体聚合物电解质、固体无机电解质和复合混合电解质)替代液体电解质在很大程度上解决了安全性和循环性问题。然而，这些体系通常受到不同缺点的影响。例如，聚合物基电解质在室温下具有较低的离子电导率并且在工作温度(>60℃)下会损失机械性能，而无机电解质易碎并且电极和电解质之间的界面接触较差且存在电阻，从而影响电芯的电化学性能。
3、在这种情况下，凝胶聚合物电解质(gpe)代表了一种有效的替代方案，其融合了液体电解质的高离子电导率与固态体系的改进的安全性。此外，gpe可容易地用各种添加剂进行改性以提高安全性和循环性。例如，文献cn112018438a公开了一种二次电池，其中凝胶电解质通过含有lipf6的组合物的原位聚合获得。
4、尽管文献中已公开了几种gpe基锂电池，但是仍然需要提高gpe的性能以获得在安全性、放电容量、循环性和库仑效率方面具有改进性能的锂电池，特别是锂金属电池。
技术实现思路<
1、本专利技术人已发现一种包含三种具体的锂盐、氟化环状碳酸酯、直链碳酸酯和固体聚丙烯酸交联网络的新型凝胶聚合物电解质，其允许提高锂金属电芯和锂金属电池的循环性。固体状电解质通过直接在电芯或电池内部对液体前体进行热处理来获得。所有gpe成分之间的协同作用导致电芯循环性的提高(用用于li离子电池的常规液体电解质制备的原位形成的凝胶聚合物电解质的6倍)，此外库仑效率也得到提高。
2、本专利技术的原位聚合的凝胶聚合物电解质的另一个重要优点是，在电芯损坏的情况下其使液体电解质的泄漏最小化。另外，本专利技术的gpe允许提高与锂金属负极和不同正极材料(例如nmc622和nmc811)的相容性，同时还允许对普通锂离子电池制造技术和设备的适应性(例如，在组装的干电芯中填充液体前体)。另外，将组合物原位聚合成凝胶聚合物电解质是将gpe整合到电芯中的一种经济有效的方法，与常规lib生产设施相比，不需要特殊设备。
3、因此，本专利技术的第一方面涉及一种用于制备凝胶聚合物电解质的组合物，所述组合物包括：
4、-作为电解质盐的lipf6、litfsi和lidfob；
5、-包含氟化环状碳酸酯溶剂和直链碳酸酯溶剂的溶剂体系；
6、-(甲基)丙烯酸酯单体；以及
7、-聚合引发剂。
8、本专利技术的第二方面涉及一种通过本文上下文所定义的组合物的原位聚合、特别是通过热引发的原位聚合形成的凝胶聚合物电解质。
9、已知，与基于自立式gpe的体系相比，原位聚合技术允许液体前体更有效地渗透到多孔电极和隔膜中，改善电解质、隔膜、正极和扁平li负极之间的界面接触，从而提高电化学性能。对于基于粘度接近常规液体电解质的液体前体的凝胶聚合物电解质，这种效果也是可预见的，但在更粘稠的前体例如本专利技术的用于制备凝胶聚合物电解质的组合物中，这种效果并不是先验预期的。
10、本专利技术的第三方面涉及一种锂金属二次电池，其包括：
11、-正极，
12、-负极，
13、-介于所述正极和所述负极之间的隔膜，以及
14、-如本文上下文所定义的凝胶聚合物电解质。
15、令人惊讶地，从实施例和比较例可以看出，包含如本公开中所定义的gpe的电池显示出令人惊讶地良好的电化学性能。
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1.一种用于制备凝胶聚合物电解质的组合物，所述组合物包括：
2.根据权利要求1所述的组合物，其总Li盐摩尔浓度为0.8至1.5M。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述电解质盐的量如下：0.2至1.2M的LiPF6、0.2至1.2M的LiTFSI和0.1至0.5M的LiDFOB。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中所述电解质盐LiTFSI:LiPF6:LiDFOB的摩尔比为1:1:1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述氟化环状碳酸酯溶剂选自由以下组成的组：4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(FEC)、顺式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(顺式-F2EC)、反式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(反式-F2EC)、4,4-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(4,4-F2EC)、4,4,5-三氟-1,3-二氧戊环-2-酮(F3EC)及其混合物，特别是FEC。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中相对于溶剂体系的总量，所述氟化环状碳酸酯的量为2重量％至50重量％，或
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述直链碳酸酯溶剂选自由以下组成的组：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸乙甲酯(EMC)及其混合物，特别是EC和EMC的混合物，更特别是EMC。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中相对于溶剂体系的总量，所述直链碳酸酯的量为50重量％至98重量％，或60重量％至95重量％，或70重量％至90重量％，例如80重量％。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中所述(甲基)丙烯酸酯单体选自由以下组成的组：季戊四醇四丙烯酸酯(PETEA)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯及其混合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述(甲基)丙烯酸酯单体的量为1重量％至10重量％，特别是2重量％至5重量％。
11.根据权利要求1或10中任一项所述的组合物，其中所述聚合引发剂选自由偶氮类引发剂和过氧化物引发剂组成的组。
12.根据权利要求1或11中任一项所述的组合物，其中所述聚合引发剂是偶氮类引发剂，特别是偶氮二异丁腈(AIBN)。
13.根据权利要求1或12中任一项所述的组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述聚合引发剂的量为0.01重量％至1.5重量％，或0.02重量％至1重量％，或0.1重量％至0.5重量％。
14.一种凝胶聚合物电解质，其通过权利要求1至13中任一项所述的组合物的原位聚合而形成。
15.一种锂金属二次电池，其包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制备凝胶聚合物电解质的组合物，所述组合物包括：
2.根据权利要求1所述的组合物，其总li盐摩尔浓度为0.8至1.5m。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述电解质盐的量如下：0.2至1.2m的lipf6、0.2至1.2m的litfsi和0.1至0.5m的lidfob。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中所述电解质盐litfsi:lipf6:lidfob的摩尔比为1:1:1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述氟化环状碳酸酯溶剂选自由以下组成的组：4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(fec)、顺式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(顺式-f2ec)、反式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(反式-f2ec)、4,4-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(4,4-f2ec)、4,4,5-三氟-1,3-二氧戊环-2-酮(f3ec)及其混合物，特别是fec。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中相对于溶剂体系的总量，所述氟化环状碳酸酯的量为2重量％至50重量％，或5重量％至40重量％，或10重量％至30重量％，或20重量％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述直链碳酸酯溶剂选自由以下组成的组：碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)和碳酸乙甲酯(emc)及其混合物，特别是ec和emc的混合物，更特别是emc。
【专利技术属性】
技术研发人员：J·尼古拉斯·阿瓜多，F·J·阿利亚·莫雷诺·奥尔蒂斯，O·加西亚·卡尔沃，A·卡瓦沙，E·菲德里，T·陶，I·康巴罗·帕拉西奥斯，I·乌丹皮列塔·冈萨雷斯，
申请(专利权)人：雷普索尔有限公司，
类型：发明
国别省市：
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