本申請(qǐng)涉及鋰離子電池，特別是涉及一種凝膠聚合物電解質(zhì)及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰金屬電池(lmbs)因其較高的理論比容量(3860mah/g)而引起研究人員的廣泛關(guān)注。但由于鋰金屬負(fù)極的高活性，在充放電的li+剝離/沉積過程中，液態(tài)電解液(liquidelectrode)會(huì)與其持續(xù)發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電池的失效和“跳水”。從安全角度考量，這也是引起電池短路、起火或爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)。凝膠聚合物電解質(zhì)(gpes)通常而言是由聚合物骨架搭配液態(tài)電解液組成，聚合物骨架通常由可導(dǎo)電的醚類或碳酸酯類的結(jié)構(gòu)組成，同液態(tài)電解液相比，材料本征也表現(xiàn)出較高的熔點(diǎn)。研究人員同樣也能根據(jù)產(chǎn)品的需求去調(diào)控液態(tài)電解液的組成和功能，從而實(shí)現(xiàn)兩種介質(zhì)的“協(xié)同效應(yīng)”。

2、使用凝膠聚合物電解質(zhì)取代傳統(tǒng)的液態(tài)電解液將有效地提高鋰金屬電池的循環(huán)性能和安全性。制備凝膠聚合物電解質(zhì)通常采用原位聚合的方法進(jìn)行，具體為：將配置好的前驅(qū)體注入電池，靜置一段時(shí)間后，給予電池一定的外部干預(yù)條件(壓力/溫度/射線)，從而得到原位聚合的凝膠聚合物電解質(zhì)。通常而言，研究人員一般選擇以偶氮二異丁腈(aibn)為代表的自由基聚合方式，但這類引發(fā)劑會(huì)伴隨著生成對(duì)電池不利的氣體(n2)，從而惡化電池的正負(fù)極界面接觸，增大界面阻抗，降低電池的電化學(xué)性能，同時(shí)，未反應(yīng)單體和引發(fā)劑殘留問題同樣也會(huì)加劇電池內(nèi)部副反應(yīng)，進(jìn)一步提升了電池失效的風(fēng)險(xiǎn)。將上述該類技術(shù)應(yīng)用于鋰金屬電池中，由于li的高活潑性，同樣會(huì)生成lin3這類無機(jī)產(chǎn)物，降低了li金屬的有效利用率、庫(kù)倫效率和能量密度。

3、因此，亟需提供一種凝膠聚合物電解質(zhì)及制備方法和應(yīng)用來解決以上提出的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N凝膠聚合物電解質(zhì)及制備方法和應(yīng)用，無需使用偶氮二異丁腈為代表的自由基聚合方式，解決了引發(fā)劑生成物引起的化學(xué)反應(yīng)和活性單體殘留的副反應(yīng)問題。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N凝膠聚合物電解質(zhì)，包括：?jiǎn)误w、引發(fā)劑、鋰鹽以及有機(jī)溶劑；所述單體上帶有能夠?qū)i+的醚氧官能團(tuán)和羰基官能團(tuán)；所述引發(fā)劑選擇三氟甲磺酸錫或辛酸亞錫中的一種；其中，所述引發(fā)劑和所述單體的總質(zhì)量比為0.1～10:90～99；所述有機(jī)溶劑和所述鋰鹽的質(zhì)量比為2～5:1。

3、可選的方案是，所述單體包括第一單體和第二單體；所述第一單體選擇δ-戊內(nèi)酯、ε-己內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯、β-丁內(nèi)酯、δ-己內(nèi)酯或具有環(huán)狀內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的一種或多種；所述第二單體選擇3-(2,2,3,3-四氟丙氧基)-1,2-氧化丙烯。

4、可選的方案是，所述第一單體和所述第二單體的質(zhì)量比為63～93:7～40如63:7、81:19、93：40。

5、可選的方案是，所述有機(jī)溶劑選擇碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、碳酸甲乙酯其中的一種或多種。

6、可選的方案是，所述鋰鹽選擇三氟甲磺酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰或二氟草酸硼酸鋰中的一種或多種。

7、可選的方案是，所述引發(fā)劑和所述單體的總質(zhì)量比為1:99；所述有機(jī)溶劑和所述鋰鹽的質(zhì)量比為3.3:1。

8、根據(jù)一些實(shí)施例，本申請(qǐng)還提供了一種所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

9、在有機(jī)溶劑中加入鋰鹽進(jìn)行混合，得到第一溶液；其中，所述有機(jī)溶劑和所述鋰鹽的質(zhì)量比為2～5:1；

10、將第一單體和第二單體進(jìn)行混合，得到第二溶液；其中，所述第一單體和所述第二單體的質(zhì)量比為63～93:7～40；

11、將得到的所述第一溶液和所述第二溶液進(jìn)行混合，得到第三溶液；

12、將引發(fā)劑加入到所述第三溶液中進(jìn)行混合，得到第四溶液；其中，所述引發(fā)劑與所述第一單體和第二單體的總質(zhì)量比為0.1～10:90～99；

13、將所述第四溶液在加熱條件下得到凝膠聚合物電解質(zhì)。

14、可選的方案是，在所述將所述第四溶液在加熱條件下得到凝膠聚合物電解質(zhì)之前還包括：往所述第四溶液內(nèi)通入一定量的高純氬保護(hù)氣進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

15、可選的方案是，所述加熱條件包括加熱時(shí)間、加熱溫度以及加熱方式；所述加熱時(shí)間為1hr～24hr如5hr、8hr、12hr、18hr、20hr；所述加熱溫度為35℃～60℃如35℃、40℃、45℃、55℃、60℃；所述加熱方式為水浴加熱、油浴加熱、沙浴加熱、鼓風(fēng)加熱或真空加熱中的一種。

16、根據(jù)一些實(shí)施例，本申請(qǐng)還提供了一種所述凝膠聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用，所述凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰金屬電池中。

17、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)具有以下有益效果：

18、通過調(diào)整單體、引發(fā)劑、鋰鹽以及有機(jī)溶劑的比例，能夠?qū)崿F(xiàn)材料對(duì)鋰金屬的穩(wěn)定性，并且使用的單體原料為能夠開環(huán)的單體，具有能夠?qū)i+的醚氧官能團(tuán)(-o-)和羰基官能團(tuán)(c＝o)，在進(jìn)行l(wèi)i+的傳導(dǎo)的同時(shí)，亦能夠提升鋰鹽的解離，再配合三氟甲磺酸錫或辛酸亞錫作為引發(fā)劑，能夠引發(fā)多元環(huán)的開環(huán)，繼而進(jìn)行電芯內(nèi)部的原位聚合，另外，也能在鋰金屬負(fù)極側(cè)通過引發(fā)劑sn鹽和金屬鋰形成li-sn合金，從而提升后續(xù)鋰離子的動(dòng)力學(xué)行為，繼而改善電池的動(dòng)力學(xué)過程，繼而通過上述各種物質(zhì)之間的相互協(xié)同配合作用，能夠?qū)崿F(xiàn)無需使用以偶氮二異丁腈為代表的自由基聚合方式，解決了引發(fā)劑生成物引起的化學(xué)反應(yīng)和活性單體殘留的副反應(yīng)問題。

技術(shù)特征：

1.一種凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述凝膠聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用，其特征在于，所述凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰金屬電池中。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種凝膠聚合物電解質(zhì)及制備方法和應(yīng)用，所述凝膠聚合物電解質(zhì)包括：?jiǎn)误w、引發(fā)劑、鋰鹽以及有機(jī)溶劑；所述單體上帶有能夠?qū)i+的醚氧官能團(tuán)和羰基官能團(tuán)；所述引發(fā)劑選擇三氟甲磺酸錫或辛酸亞錫中的一種；其中，所述引發(fā)劑和所述單體的總質(zhì)量比為0.1～10:90～99；所述有機(jī)溶劑和所述鋰鹽的質(zhì)量比為2～5:1。本申請(qǐng)可以無需使用偶氮二異丁腈為代表的自由基聚合方式，通過調(diào)整單體、引發(fā)劑、鋰鹽和有機(jī)溶劑之間的加入比例，可以實(shí)現(xiàn)材料對(duì)鋰金屬的穩(wěn)定性，解決了引發(fā)劑生成物引起的化學(xué)反應(yīng)和活性單體殘留的副反應(yīng)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉龍,王義飛,朱星寶,左彤彤,張文強(qiáng),傅純雁,張杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8