一种凝胶电解液及其在锂离子电池中的使用方法技术

本发明专利技术公开了一种凝胶电解液及其在锂离子电池中的使用方法。凝胶电解液由锂盐、非水溶剂、成膜添加剂、聚合物单体和热引发剂组成；将电解液注入电池中，静置后，进行化成工步，化成后对电池进行真空抽气工步，通过控制真空度，将电池中的溶剂抽出，接着加入热引发剂，然后对电池进行热压聚合，然后进行二次化成，高温老化后进行二次抽气，抽出化成产生的气体，封装后，得到凝胶电池。与常规凝胶电解液相比，本发明专利技术的凝胶电解液在正负极表面形成梯度的固态电解质膜，可以减少电极材料与电解液之间的副反应，提高电池的循环使用寿命。提高电池的循环使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶电解液及其在锂离子电池中的使用方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池电解液
，具体涉及一种凝胶电解液及其在锂离子电池中的使用方法。

技术介绍

[0002]液态电解液一般由锂盐、有机溶剂和添加剂构成，它是锂离子二次电池中非常重要的部分。但是，由于有机溶剂是流动的液体，因此存在着漏液的风险。此外，液态电解液所用的有机溶剂通常为碳酸酯和羧酸酯等物质，导致电池高温性能不好，且由于这些有机溶剂本身存在的易燃性使得电池存在爆炸等安全隐患。凝胶聚合物电解液与液态电解液相比，具有不漏液，电芯硬度大和安全性好的优点。
[0003]聚合物凝胶电解液，一般是通过原位热聚合的方法获得。凝胶聚合物电解液的常用制备方法如下：将聚合物单体、液态电解液、引发剂混合均匀，注入电芯，加热凝胶，使聚合物单体在引发剂的引发下交联成具有网状结构的聚合物基体，并使得液态电解液被束缚在聚合物基体中。采用热聚合的凝胶电解液通常存在以下不足：在电芯中原位热聚合后，电解液中的溶剂大量存在于聚合物基体中，虽然可以优化电池的离子传导性能，但是大量非水溶剂的存在，使得凝胶电池仍旧存在起火爆炸的风险。因此需要降低凝胶电池中非水溶剂在聚合物中的残留量，既满足离子传导的需要，同时也要兼顾电池的安全性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种凝胶电解液及其在锂离子电池中的使用方法。该电解液采用两次化成工艺，可以在电池正负极形成阶梯型的界面膜，提高电池的循环寿命，通过真空抽气控制凝胶电解液中溶剂的含量，提高凝胶电解液在高温下的安全性。
[0005]一种凝胶电解液，由锂盐、非水溶剂、成膜添加剂、聚合物单体和热引发剂组成。
[0006]所述锂盐为双氟磷酰亚胺锂、双三氟磷酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。
[0007]所述非水溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、1,3
‑
二氧戊环、4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧戊环、1,2
‑
二甲氧基乙烷、丙酮、乙腈、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃中的一种或多种。
[0008]所述成膜添加剂包括正极成膜添加剂和/或负极成膜添加剂；所述正极成膜添加剂为碳酸酯类添加剂、磺酸酯类添加剂、砜类添加剂、磷酸酯类添加剂、锂盐类添加剂中任意一种或两种以上任意组合；所述负极成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯等添加剂中任意一种或两种以上的任意组合。
[0009]所述聚合物单体为具有不饱和双键的酯类单体，添加量在0.5
‑
6.5％之间。
[0010]所述热引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二(4
‑
叔丁基环己酯)、过氧化十二烷酰、过氧化二碳酸二异丙酯中任意一种或两种以上的任意组合。
[0011]所述凝胶电解液的使用方法，按照如下步骤进行：
[0012](1)配制摩尔浓度1
‑
1.2mol/L的锂盐溶度的电解液；电解液包括锂盐，非水溶剂和成膜添加剂；
[0013](2)加入聚合物单体，搅拌均匀至溶液清亮，成含聚合物单体的凝胶电解液；
[0014](3)将配制后的凝胶电解液注入电芯，静置后，进行化成工步，化成电压上限不超过溶剂分解电压；
[0015](4)将化成后的凝胶电解液电池进行真空抽气工步，设备的真空度在50
‑
100kPa，抽真空时间保持1
‑
10s；
[0016](5)将步骤(4)抽真空后的电池进行二次注液，电解液为溶解于溶剂的热引发剂，热引发剂用量占全部电解液用量的0.02
‑
1％；
[0017](6)常温静置24
‑
72h后，进行热压聚合，以及二次化成，热压温度为70
‑
85℃，热压时间0.5
‑
2h，压力为450
‑
750kg，化成电压为电池平台电压；
[0018](7)将步骤(6)二次化成后电池进行老化，老化后再次真空抽气，最后完成电池封装。
[0019]步骤(3)中凝胶电解液注入电芯后，静置24
‑
72h，静置温度25
‑
45℃，然后进行化成工步，化成温度25
‑
45℃，化成电压小于3.2V，化成电流为0.02C/0.05C/0.1C。
[0020]步骤(7)中电池经过二次化成后进行老化，老化温度45
‑
55℃，老化时间4
‑
72h，老化后电池进行真空抽气工步，设备的真空度在50
‑
100kPa，抽真空时间保持1
‑
10s。
[0021]本专利技术的有益效果：与常规凝胶电解液相比，本专利技术的凝胶电解液在正负极表面形成梯度的固态电解质膜，可以减少电极材料与电解液之间的副反应，提高电池的循环使用寿命。本专利技术的凝胶电解液中没有大量的非水溶剂，有助于降低电池在高温下的产气，提高电池在高温下的安全性。
具体实施方式
[0022]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0023]实施例1
[0024]一种电池凝胶电解液配制及使用方法，具体步骤为：
[0025](1)按照化学计量比配制EC、EMC混合溶剂，体积比为3:7，留出10ml溶剂溶解0.1％的热引发剂偶氮丁腈，其余溶剂中缓慢加入LiPF6，使锂盐浓度为1
‑
1.2mol/L，搅拌至锂盐完全溶解。接着在电解液中加入成膜添加剂VC，PS，DTD，使其在电解液中的质量分数分别为1％，1％，1.5％，充分搅拌均匀，最后在电解液中加入聚合物单体PETEA1.5％，充分搅拌均匀，得到含聚合物单体的凝胶电解液；
[0026](2)将步骤(1)中得到的凝胶电解液注入锂离子电池中，在室温下搁置48h，之后将电池上柜化成，化成电压上限为3.0V，充电电流为0.05C；
[0027](3)将化成后的电池进行第一次真空抽气，真空度为88kPa，真空抽气时间设定为5s，检查成膜电位数据，检查电池质量，推算电池吸液量；
[0028](4)真空抽气后的电池进行第二次注液，电解液是第一步预留的溶解热引发剂的溶剂，静置后，在化成柜85℃热压0.5h，待电池冷却至室温后进行二次化成，化成电压上限
3.8V，充电电流0.1C和0.2C；
[0029](5)二次化成后的电池进行高温老化，老化温度45℃，时间24h，老化后进行二次抽气，抽气真空度同第一次，抽气时间同第一次，检查本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解液，其特征在于，由锂盐、非水溶剂、成膜添加剂、聚合物单体和热引发剂组成。2.根据权利要求1所述凝胶电解液，其特征在于，所述锂盐为双氟磷酰亚胺锂、双三氟磷酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。3.根据权利要求1所述凝胶电解液，其特征在于，所述非水溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、1,3
‑
二氧戊环、4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧戊环、1,2
‑
二甲氧基乙烷、丙酮、乙腈、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃中的一种或多种。4.根据权利要求1所述凝胶电解液，其特征在于，所述成膜添加剂包括正极成膜添加剂和/或负极成膜添加剂；所述正极成膜添加剂为碳酸酯类添加剂、磺酸酯类添加剂、砜类添加剂、磷酸酯类添加剂、锂盐类添加剂中任意一种或两种以上任意组合；所述负极成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯等添加剂中任意一种或两种以上的任意组合。5.根据权利要求1所述凝胶电解液，其特征在于，所述聚合物单体为具有不饱和双键的酯类单体，添加量在0.5
‑
6.5%之间。6.根据权利要求1所述凝胶电解液，其特征在于，所述热引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二（4
‑
叔丁基环己酯）、过氧化十二烷酰、过氧化二碳酸二异丙酯中任意一种或两种以上的任意组合。7.权利要求1所述凝胶电解液的使用方法，其特征在于，按照如下步骤进行：（1）配制摩尔浓度1
‑
1.2mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，孙春胜，张和平，朱少华，乔顺攀，赵京伟，李俊杰，汪宇凡，顿温新，刘宏，
申请(专利权)人：香河昆仑新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：