三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法，采用的硅烷化合物原位聚合反应形成三维网络结构，有机电解液采用阻燃或低阻燃化合物，再加入硅烷化合物单体、锂盐，交联剂和引发剂，制备的三维网络阻燃硅凝胶电解液能够很好地固化电解液成分，相应的，通过三维网络阻燃硅凝胶电解质制备的凝胶锂离子电池也能够具有较好的循环性能及安全性能。

Three dimensional network flame retardant silicon gel electrolyte and preparation method thereof, and preparation method of gel lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法
本专利技术属于固态电池
，尤其是涉及一种三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法。
技术介绍
随着新能源产业的迅猛发展，锂离子电池被广泛用于3C及新能源汽车方向。在国家政策的导引及国际环保意识加强，新能源汽车的产能在不断攀升，高功率、高容量、高安全的电池系统开发迫在眉睫。现在高容量的正极材料已经大批量生产、并且开始使用，而电解液体系除了成分组成的不断优化，但所使用的电解液成分仍为可燃有机化合物。为了解决高能量电池的安全性能，固态电池研发及生产被提上日程。凝胶电池隶属固态电池的范畴，凝胶电解质能够兼备全固态电池的安全性能及液态电池的高倍率性能。当前研究的凝胶电池的液体成分还主要是EC、PC等可燃聚合物，在一定程度不能完全解决电池的燃烧问题；并且凝胶组分为丙烯酸酯类化合物，液体固化能力较弱，不能很好地解决电解液的固化问题。针对锂离子电池的安全性，现采用的磷酸酯类阻燃电解液，但是这样的方法对电池的循环性能有一定的降低，而采用含氟类隔膜的凝胶电解质的安全性得到很大提高，但是生产过程较为复杂，需改变现有生产工艺。硅烷类化合物具有优异的热稳定性，作为添加剂加入到电解液中可以提高电池的稳定性及安全性，现在电解液中已加入部分硅烷化合物，例如：乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷作为电解液阻燃添加剂，提高电池的安全性能；三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯作正极保护添加剂，提高电池的循环性能；并且许多硅烷类化合物还具有一定的除水功能，减少电池中少量的水分对电池性能的影响。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法。本专利技术采用的技术方案是：三维网络阻燃硅凝胶电解质，包括阻燃化合物、锂盐、交联剂、硅烷化合物单体及引发剂；阻燃化合物和锂盐组成阻燃电解液，阻燃电解液质量百分比为60-98％，交联剂的质量百分比为0.2-3％，硅烷化合物单体的质量百分比为2-40％，引发剂为交联剂和硅烷化合物单体的质量百分比为的0.1-1％。优选地，硅烷化合物单体为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基封端二甲基聚硅氧烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。优选地，阻燃化合物为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和醚类溶液的单氟或多氟化合物中的一种或几种。优选地，交联剂为多双键官能团单体；优选地，交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和聚醚多丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。优选地，引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和偶氮二异丁腈中的一种。优选地，锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种的混合物。制备三维网络阻燃硅凝胶电解质的方法，采用原位聚合方法制备。一种包括三维网络阻燃硅凝胶电解质的凝胶锂离子电池，由正极活性材料、隔膜、负极和三维网络阻燃硅凝胶电解质组成。优选地，正极活性材料为NCA、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、CrxOy、LiMPO4(M＝Fe、Mn)、富锂锰基和硫中的一种。优选地，负极为石墨、硅、锂金属、锂铝合金、锂硅合金和锂硼合金中的一种或多种。优选地，隔膜为聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔膜、聚丙烯腈多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯多孔膜、聚酰亚胺多孔膜和聚醚酰亚胺多孔膜中的一种。制备凝胶锂离子电池的方法，采用先注液后聚合的工艺制备；优选地，聚合温度选择在45-70℃。本专利技术具有的优点和积极效果是：利用原位聚合方法制备三维硅凝胶电解质，其中硅烷化合物单体电解液都具有一定的阻燃性，能够提高电池的安全性能；三维硅凝胶结构具有一定的极性基团，能很好地络合锂离子，并且三维结构能够很好地固化电解液成分，能够抑制电池的漏液问题，提高电池安全性能；采注液后聚合方法不需要改变现有锂电生产工艺，并且也能很好地降低正、负极界面电阻，提高电池的循环性能；另外凝胶锂离子电池的制备只需要采用现有制备技术，不需对现有生产工艺进行变化，采用现有生产设备就能够进行生产，便于工业化生产。附图说明图1是各实施例凝胶电池循环比较图。具体实施方式针对目前阻燃凝胶电池的循环性能较差、生产过程复杂等问题，提供一种三维硅凝胶固态电池，采用三维网络阻燃硅凝胶电解质，其电池的安全性及循环性能均能得到提高，并且不需对现有生产工艺进行变化，采用现有生产设备就能够进行生产，便于工业化生产。其中三维网络阻燃硅凝胶电解质利用原位聚合方法制备，其中三维硅橡胶及电解液都具有一定的阻燃性，能够提高电池的安全性能，采注液后聚合方法不需要改变现有锂电生产工艺，并且也能很好地降低正、负极界面电阻，提高电池的循环性能。三维网络阻燃硅凝胶电解质，包括阻燃化合物、锂盐、交联剂、硅烷化合物单体及引发剂，阻燃化合物和锂盐组成阻燃电解液，阻燃电解液质量百分比为60-98％，交联剂的质量百分比为0.2-3％，硅烷化合物单体的质量百分比为2-40％，引发剂为交联剂和硅烷化合物单体的质量百分比为的0.1-1％。硅烷化合物单体为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基封端二甲基聚硅氧烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。阻燃化合物为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、醚类以及以上常用溶液的单氟或多氟化合物中多种混合物，并且至少含有一种含氟化合物。交联剂为多双键官能团单体，具体可为聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和聚醚多丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种的混合物。引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维网络阻燃硅凝胶电解质，其特征在于：包括阻燃化合物、锂盐、交联剂、硅烷化合物单体及引发剂；/n阻燃化合物和锂盐组成阻燃电解液，阻燃电解液质量百分比为60-98％，交联剂的质量百分比为0.2-3％，硅烷化合物单体的质量百分比为2-40％，引发剂为交联剂和硅烷化合物单体质量的0.1-1％。/n

【技术特征摘要】
1.三维网络阻燃硅凝胶电解质，其特征在于：包括阻燃化合物、锂盐、交联剂、硅烷化合物单体及引发剂；
阻燃化合物和锂盐组成阻燃电解液，阻燃电解液质量百分比为60-98％，交联剂的质量百分比为0.2-3％，硅烷化合物单体的质量百分比为2-40％，引发剂为交联剂和硅烷化合物单体质量的0.1-1％。


2.根据权利要求1所述的三维网络阻燃硅凝胶电解质，其特征在于：硅烷化合物单体为含有乙烯基或丙烯酰基的有机化合物；
优选地，硅烷化合物为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基封端二甲基聚硅氧烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。


3.根据权利要求2所述的三维网络阻燃硅凝胶电解质，其特征在于：阻燃化合物为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和醚类溶液的单氟或多氟化合物中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的三维网络阻燃硅凝胶电解质，其特征在于：交联剂为多双键官能团单体；
优选地，交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和聚醚多丙烯酸酯中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑涛，刘婧，桑林，王磊，丁飞，刘兴江，
申请(专利权)人：天津中电新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12