一种凝胶聚合物电解质前驱体、电解质、凝胶电池及方法技术

本发明专利技术提供一种凝胶聚合物电解质前驱体、电解质、凝胶电池及方法，将环硅氧烷、单环氧封端的硅氧烷、双环氧封端的硅氧烷中一种或多种、催化剂、锂盐、环醚单体、交联剂、磷系阻燃剂溶解在碳酸酯混合溶剂中制得；将上述凝胶聚合物电解质前驱体在0.1Mpa～50Mpa、20℃

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶聚合物电解质前驱体、电解质、凝胶电池及方法


[0001]本专利技术属于凝胶电解质及其电池
，具体属于高安全高倍率性能的凝胶聚合物电解质前驱体、凝胶电池及方法。

技术介绍

[0002]为解决高能量密度电池的易燃易爆的安全性问题，目前市场着重开发阻燃电解液和凝胶电解质技术等，阻燃电解液主要通过阻燃添加剂降低电解液溶剂的易燃性，从而提升电池的安全性，但是阻燃添加剂的用量较大，损害电池的容量发挥，并且电池安全性能提升不明显；凝胶电解质主要通过胶类的框架限制作用，提升吸液能力，增强电解液的热稳定性，从而提升电池的安全性能，但是凝胶电解质粘度大，降低电解质的离子电导率，损害电池的倍率性能，降低电池的快充快放能力。总而言之，目前研发的技术在提升电池安全性能的同时降低了电池的容量发挥和倍率性能。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种凝胶聚合物电解质前驱体、电解质、凝胶电池及方法，在提升电池安全性能的同时提高了电池的容量发挥和倍率性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种凝胶聚合物电解质前驱体，原料包括：
[0005]环硅氧烷、单环氧封端的硅氧烷、双环氧封端的硅氧烷中一种或多种、催化剂、锂盐、环醚单体、交联剂、磷系阻燃剂；
[0006]将上述原料溶解在碳酸酯混合溶剂中制得凝胶聚合物电解质前驱体。
[0007]进一步的，以质量份数计，各原料用量为：
[0008]催化剂0.1
‑
5份、锂盐5
‑
30份、环醚单体组分3
‑
40份、交联剂0.5
‑
10份、磷系阻燃剂0.5
‑
10份、碳酸酯混合溶剂组分60
‑
95份、环硅氧烷组分0.5
‑
20、单环氧封端的硅氧烷0.2
‑
30份、双环氧封端的硅氧烷0.2
‑
30份。
[0009]进一步的，环醚单体为四氢呋喃、1、3
‑
环氧戊烷、三聚甲醛、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的一种或多种；
[0010]交联剂为乙二醇缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、聚乙二酵二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、异氰尿酸三缩水甘油醚中的一种或多种。
[0011]进一步的，环硅氧烷为二甲基环硅氧烷、三甲基环三硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷的一种或多种；
[0012]单环氧封端的硅氧烷为二乙氧基(3
‑
缩水甘油基氧基内基)甲基硅烷、三甲氧基[2
‑
(7
‑
氧杂二环[4.1.0]庚
‑3‑
基)乙基]硅烷、2
‑
(3,4
‑
环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷的一种或多种；
[0013]双环氧封端的硅氧烷为1，3
‑
双(3
‑
缩水甘油氧丙基)
‑
1,1.3.3
‑
四甲基二硅氧烷；
[0014]磷系阻燃剂包括六苯氧基环三磷腈、六氯三聚磷腈、乙氧基五氟环三磷腈、磷酸三
甲苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸甲苯二苯酯的一种或多种。
[0015]进一步的，所述碳酸酯混合溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯的混合物。
[0016]进一步的，所述催化剂为三氟化硼及其络合物、氯化锡、三氟甲基磺酸、五氟化磷、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰中的一种或多种。
[0017]进一步的，锂盐为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐盐、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的一种或多种。
[0018]本专利技术还提供一种凝胶聚合物电解质，由上述凝胶聚合物电解质前驱体在0.1Mpa～50Mpa、20℃
‑
80℃条件下，原位聚合2h～96h得到。
[0019]本专利技术还提供一种凝胶电池，包括：
[0020]干电芯，所述干电芯包括电极和隔膜；
[0021]上述凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质位于所述干电芯内，包覆于所述电极颗粒材料外并贯穿隔膜空隙。
[0022]本专利技术还提供一种凝胶电池的制备方法，包括：
[0023]S1，将所述凝胶聚合物电解质前驱体注入到干电芯中，对干电芯中的电极和隔膜进行浸润；
[0024]S2，将步骤S1处理后的干电芯在0.1Mpa～50Mpa、20℃
‑
80℃条件下，原位聚合2h～96h，得到具有原位聚合的凝胶聚合物电解质的凝胶电池。
[0025]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0026]1.本专利技术提供一种凝胶聚合物电解质前驱体，该前驱体溶液粘度低，易于流动，便于进入到电芯中电极片的内部，对材料浸润，有助于电池材料性能的发挥。
[0027]2.本专利技术通过在聚合物电解质前驱体中共聚含有低极性硅氧化学基团的物质如环硅氧烷、单环氧封端的硅氧烷、双环氧封端的硅氧烷减少对电解液溶剂和锂离子的作用力，从而降低溶液粘度，增强溶液流动性，对电极材料的浸润增强同时加快锂离子的传输速率，提升电池的倍率性能；
[0028]3.本专利技术通过环硅氧烷、单环氧封端的硅氧烷、双环氧封端的硅氧烷中的硅元素和磷系阻燃剂的协同配合，减少了磷系阻燃剂的用量，有助于减少对电池材料的破坏，同时极大提升电解质的阻燃能力，保障电池的安全性能；
[0029]4.本专利技术利用交联剂使得聚合物分子相互连接，生成三维网络结构，具有更高的化学和热稳定性，从而提升电解质的稳定性，使得电池性能发挥稳定且长久。
[0030]5.本专利技术凝胶聚合电解质前驱体制备凝胶电池时，环醚单体的凝胶聚合物电解质前驱体进行原位聚合时，环醚单体在催化剂的作用下通过阳离子开环聚合，生成聚合物，从而生成凝胶电解质；凝胶聚合电解质前驱体原位聚合时产热少，凝胶聚合物的生成速率慢，生成的凝胶聚合物分子量大、转化率高且聚合均匀，有助于电池性能的发挥和稳定。
[0031]6.采用本专利技术凝胶聚合电解质前驱体制备凝胶电池，凝胶电解质前驱体可以在电极片内部进行原位聚合，使电极材料颗粒上生成凝胶电解质，凝胶电解质包覆于电极颗粒材料外并贯穿隔膜空隙，保证了电解质与电极材料的接触，减少了电池内阻，同时凝胶聚合电解质前驱体通过单体聚合生成的分子链之间的交联将凝胶电解质的化学稳定性提高，增
强电池电解质的稳定性，同时凝胶电解质限制阻燃剂的流动性，减少阻燃剂与电极材料的副反应，共同提升电池的循环能力和容量发挥。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。
[0033]本专利技术提供一种凝胶聚合物电解质前驱体，该前驱体溶液粘度低，有助于电极材料的浸润，从而改善电池性能的发挥，凝胶聚合物电解质前驱体采用如下原料溶解在碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶聚合物电解质前驱体，其特征在于，原料包括：环硅氧烷、单环氧封端的硅氧烷、双环氧封端的硅氧烷中一种或多种、催化剂、锂盐、环醚单体、交联剂、磷系阻燃剂；将上述原料溶解在碳酸酯混合溶剂中制得凝胶聚合物电解质前驱体。2.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质前驱体，其特征在于，以质量份数计，各原料用量为：催化剂0.1
‑
5份、锂盐5
‑
30份、环醚单体3
‑
40份、交联剂0.5
‑
10份、磷系阻燃剂0.5
‑
10份、碳酸酯混合溶剂60
‑
95份、环硅氧烷0.5
‑
20、单环氧封端的硅氧烷0.2
‑
30份、双环氧封端的硅氧烷0.2
‑
30份。3.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质前驱体，其特征在于，环醚单体为四氢呋喃、1、3
‑
环氧戊烷、三聚甲醛、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的一种或多种；交联剂为乙二醇缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、聚乙二酵二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、异氰尿酸三缩水甘油醚中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质前驱体，其特征在于，环硅氧烷为二甲基环硅氧烷、三甲基环三硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷的一种或多种；单环氧封端的硅氧烷为二乙氧基(3
‑
缩水甘油基氧基内基)甲基硅烷、三甲氧基[2
‑
(7
‑
氧杂二环[4.1.0]庚
‑3‑
基)乙基]硅烷、2
‑
(3,4
‑
环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷的一种或多种；双环氧封端的硅氧烷为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：滑晨，许靖磊，李培文，袁丽只，朱小宁，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：