一种锂离子电池凝胶电解质及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池凝胶电解质及制备方法。按照质量份数计，制备所述锂离子电池凝胶电解质的原材料包括如下组分：聚合物基材100份；Ag/SiO2复合粒子10

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池凝胶电解质及制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学电解液
，特别涉及一种锂离子电池凝胶电解质及制备方法。

技术介绍

[0002]汽车行业快速增长带来了便携式电子设备的广泛使用，人们逐渐地依赖于高效便利的移动，这就要求新型能源体系也同时具备高效、轻便、可移动等特点。目前，高效能源材料技术的重要的组成部分包括高效二次电池材料及关键技术，同样重要的是研究开发和应用能源储存和转换技术。其中，电化学能源具有较高的能量转换效率和能量密度，可随意组合和移动并且无噪声污染，成为最重要的研究课题之一。
[0003]目前使用的二次电池主要有铅酸电池(lead
‑
acid)、镍镉电池(Ni
‑
Cd)、镍氢电池(Ni
‑
MH)和锂离子电池(LiBs)。其中，锂离子电池因具有较高的质量能量密度和能体积量密度，较长的寿命、低自放电和无记忆效应等优点，已经作为首选电源在数码相机、笔记本电脑和移动电话等高附加值电子产品上使用。目前，可充电锂离子电池使用可燃的有毒的有机电解液，在使用不当，如过充或短路的情况下易冒烟着火，甚至爆炸，会带来很多安全性问题，且生产制造及使用报废时环境污染严重。此外，其昂贵的组件和严格的装配技术大大限制了其在大型储能电池中的应用，也阻碍了商业化锂离子电池的应用。
[0004]自从日本索尼公司开始研究出了锂离子电池，这一储能体系得到了迅速的发展和应用。在传统的电解液配制材料中，由于电池的包装损坏、电池过充，以及在充放电过程中枝晶锂的形成，造成电解液泄露、燃烧爆炸和短路等安全问题。为了解决这些隐患，科研工作者采用聚合物电解质替代原有的电解液和隔膜，有效地解决了这些安全问题。相比液态电解液，聚合物电解质的电导率、锂离子迁移分数和力学性能较差等，提高聚合物电解质的导电率的新型工作电解液的研制是提高电容器性能的关键之一。
[0005]同时，纳米材料是当今新材料研究领域中最富活力的领域之一，利用纳米材料改进工作电解液的性能将成为今后该领域的一个重要研究方向。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种锂离子电池凝胶电解质及制备方法，采用凝胶电解质，提升锂离子电池的电导率，同时进一步优化电解质的机械强度，以满足锂离子电池的实际需求。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种锂离子电池凝胶电解质，按照质量份数计，制备所述锂离子电池凝胶电解质的原材料包括如下组分：
[0009]聚合物基材100份；
[0010]Ag/SiO2复合粒子10
‑
20份；
[0011]锂盐10
‑
40份；
[0012]偶联剂2
‑
5份；
[0013]交联剂1
‑
5份；
[0014]所述Ag/SiO2复合粒子中，SiO2的粒径为600
‑
900nm，单质银在SiO2外形成壳层。
[0015]在一些实施方案中，所述Ag的壳层厚度与SiO2的粒径之比为40
‑
100：600
‑
900。
[0016]在一些实施方案中，所述聚合物基材为环氧树脂。
[0017]在一些实施方案中，所述锂盐选自双草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种。锂盐为凝胶电解质提供锂离子，提高凝胶电解质的导电性。
[0018]在一些实施方案中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。其中，硅烷偶联剂选自聚二甲基硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基硅氧烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。其中，钛酸酯偶联剂选自异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的至少一种。所述偶联剂能够在加工过程中改善聚合物与复合粒子等无机材料的界面性能。
[0019]在一些实施方案中，所述交联剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二异丙苯、过氧化物类交联剂、过氧化苯甲酰胺和三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一种。所述交联剂与上述种类的聚合物较匹配，易于控制。
[0020]在一些实施方案中，所述Ag/SiO2复合粒子的制备方法包括，
[0021]步骤1：制备粒径为600
‑
900nm的巯基化二氧化硅粒子；
[0022]步骤2：取上述巯基化二氧化硅粒子和聚乙烯吡咯烷酮分散于溶剂中，搅拌均匀后加入银氨溶液，充分搅拌后得到混合液，再缓慢滴加葡萄糖溶液，滴加完成之后继续搅拌，离心清洗，真空干燥，得到所述Ag/SiO2复合粒子。
[0023]在一些实施方案中，所述银胺溶液的浓度为0.1
‑
0.2mol/L，所述二氧化硅粒子和银胺溶液的比例为0.05
‑
2g：10
‑
100ml。
[0024]在一些实施方案中，所述银氨溶液与聚乙烯吡咯烷酮的比例为0.0125
‑
0.25g：100
‑
500ml。
[0025]在一些实施方案中，所述葡萄糖与所述银氨溶液中溶质的质量比为12:1～3:1。
[0026]在一些实施方案中，所述步骤1中制备粒径为500
‑
700nm的巯基化二氧化硅粒子的制备方法具体包括，
[0027]取无水乙醇和氨水充分混合；加入正硅酸乙酯溶液搅拌均匀，离心分离、干燥既得二氧化硅粒子；取上述二氧化硅粒子分散于无水乙醇中，再加入巯基丙基三甲氧基硅烷，加热回流，离心分离，真空干燥，得到所述600
‑
900nm的巯基化二氧化硅粒子。
[0028]在一些实施方案中，所述加热回流的加热温度为26
‑
40℃，加热时间为6
‑
10h。
[0029]有益效果：
[0030]本专利技术通过制备Ag/SiO2复合粒子，并以该复合粒子为助剂，添加至凝胶电解质中，有利于提高电解质的导电能力、降低本体电阻，调整二氧化硅的粒径和银壳的厚度，使凝胶电解质具有更优异的离子传导作用，离子电导率几乎达到液态电解液水平，同时进一步优化电解质的机械强度，以满足锂离子电池的实际需求。
具体实施方式
[0031]以下将结合具体实施方案来说明本专利技术。需要说明的是，下面的实施例为本专利技术的示例，仅用来说明本专利技术，而不用来限制本专利技术。在不偏离本专利技术主旨或范围的情况下，可进行本专利技术构思内的其他组合和各种改良。
[0032]本专利技术所使用的化学试剂若无特殊说明，均为普通市售分析纯。
[0033]本专利技术实施例中所用聚合物基材为环氧树脂E
‑
44；所述聚乙烯吡咯烷酮购自国药集团化学试剂有限公司，CAS：25249
‑
54
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池凝胶电解质，按照质量份数计，其特征在于，制备所述锂离子电池凝胶电解质的原材料包括如下组分：聚合物基材100份；Ag/SiO2复合粒子10
‑
20份；锂盐10
‑
40份；偶联剂2
‑
5份；交联剂1
‑
5份；所述Ag/SiO2复合粒子中，SiO2的粒径为600
‑
900nm，单质银在SiO2外形成壳层。2.根据权利要求1所述锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述Ag壳层厚度与SiO2的粒径之比为40
‑
100：600
‑
900。3.根据权利要求1所述锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述聚合物基材为环氧树脂。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述锂离子电池凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括，步骤1：制备粒径为600
‑
900nm的巯基化二氧化硅粒子；步骤2：取上述巯基化二氧化硅粒子和聚乙烯吡咯烷酮分散于溶剂中，搅拌均匀后加入银氨溶液，充分搅拌后得到混合液，再缓慢滴加葡萄糖溶液，滴加完成之后继续搅拌，离心清洗，真空干燥，得到所述Ag/SiO2复合粒子。5.根据权利要求4所述锂离子电池凝胶电解质的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建东，薛瑄武，张磊，赵玉玲，
申请(专利权)人：南通瑞达电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：