【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于凝胶聚合物电解质领域，具体涉及一种可交联聚合物前驱体及包括该前驱体的凝胶聚合物电池。
技术介绍
1、随着全球化石能源的快速开采消耗，其资源日渐枯竭，能源危机日渐逼近。同时，伴随大量化石能源开采和使用产生的环境污染严重危害生活环境，影响人们的生活与健康，节能减排势在必行。采用环保可再生的绿色能源，实现能源低碳化，利用新能源汽车取代燃油车，减少氮氧化物排放，是减少环境污染、实现人类社会可持续健康发展的有效途径。以锂离子动力电池为核心的新能源汽车是实现节能减排的重要途径，也是未来我国汽车产业化发展最重要的方向。新能源汽车的核心之一在于锂离子动力电池，开发高能量密度的锂离子电池对提高汽车巡航里程，减少“里程焦虑”具有重要的意义。目前广泛应用的高能量密度的锂离子电池主要使用高能量密度的三元正极材料匹配硅碳复合负极，使用液态电解液。但是，液态电解液中含有可挥发的有机液态组分，存在着火、爆炸等潜在安全隐患，通过使液态电解液凝胶或固态化，不使用或减少电池内液态组分的含量，对提高电池及新能源汽车的安全性能至关重要。
2、使用无机或聚合物全固态电解质的全固态电池，由于不含液态电解液，由液态组分导致的着火、爆炸等隐患有所降低，但在全固态电解质的离子电导率及稳定性、电极内部离子/电子导电网络优化、电解质/电极界面调控等方面仍然存在挑战，电池的循环稳定性能并不令人满意。全固态电池虽然有很多的报道，但只在薄膜型固态电池中实现稳定循环，大容量的全固态电池仍受制于界面问题，商业化应用一再推迟，很大程度上是由于全固态电池内部的界面问题没
3、目前有很多通过电池内原位凝胶固化制备凝胶聚合物电池的方法，但现有的方法存在：需要加入外源性引发剂、含钴或镍存在下不稳定的醚氧键、过高温度引发聚合或含有高电压下不稳定的羟基等不足，在高能量密度电池中应用时往往引起电池循环性能的不稳定。
技术实现思路
1、为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可交联聚合物前驱体及包括该前驱体的凝胶聚合物电池。将该可交联聚合物前驱体加入到液态电解液中，液态电解液在电池内充分浸润电极材料后，会发生原位凝胶固态化反应，形成的凝胶聚合物电解质具有更宽的电化学稳定窗口和更高的锂离子迁移数，应用于高能量密度的锂离子电池中，可以提高电池的安全性，提升电池的稳定循环性能，延长电池的寿命。
2、本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体包括下述四种组分中的至少一种：
4、第一种组分：第一单体和第二单体的共聚物；
5、第二种组分：第一单体的聚合物与第二单体的聚合物的共混体系；
6、第三种组分：第一单体的聚合物与第三单体的共混体系；
7、第四种组分：第二单体的聚合物与第四单体的共混体系；
8、所述第一单体为含有羟基的不饱和单体，所述第二单体为含有腈基的不饱和单体，所述第三单体为含有多腈基的化合物，所述第四单体为含有多羟基的化合物。
9、一种液态电解液，所述液态电解液中包括上述的可交联聚合物前驱体。
10、一种凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合电解质的制备原料包括上述的可交联聚合物前驱体。
11、一种电池，所述电池包括上述的凝胶聚合物电解质。
12、一种电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
13、(a)将可交联聚合物前驱体和液态电解液混合，得到可交联的液态电解液；
14、(b)将步骤(a)的可交联的液态电解液注入到锂离子电池的电芯中，抽真空、静置、加热、化成，得到所述电池。
15、本专利技术的有益效果：
16、1.本专利技术提供了一种可以在液态电解液中发生交联反应的聚合物前驱体。研究发现，在液态电解液中加入本专利技术的可交联聚合物前驱体，在40-75℃的温度下保持一段时间后，可交联聚合物前驱体可以使液态电解液形成凝胶聚合物电解质。
17、2.具体地，将含有可交联聚合物前驱体的液态电解液注入到锂离子电池中，在40-75℃加热使可交联聚合物前驱体发生交联反应，再经过正常化成后即可制备得到含凝胶聚合物电解质的电池。液态电解液变成凝胶聚合物电解质后，能降低电解质中溶剂的蒸汽压，降低电池着火、爆炸的风险，提高电池的安全性能。同时，和液态电解液相比，凝胶聚合物电解质能够缓冲负极体积膨胀和收缩引起的负效应，能够显著改善硅-碳或锂金属作为负极的高能量密度锂离子电池的循环性能。
18、3.本专利技术的另一有益效果在于可交联聚合物前驱体适用高能量密度的正极材料(特别是富镍正极材料)的电池。高能量密度正极材料中含过渡金属钴、镍和锰等在循环过程中会在电解液中溶出，导致循环容量下降。而本专利技术的可交联聚合物前驱体在电解液中于40-75℃的温度下保持一段时间后其中的羟基和腈基反应形成酰胺键。通过调控可交联聚合物前驱体中腈基与羟基摩尔比大于等于1:1，保证交联后的凝胶聚合物电解质中不含在高电压下不稳定的羟基，即形成的交联聚合物中含有腈基和酰胺键，腈基和酰胺键可以和过渡金属离子配位，稳定正极材料的界面，使循环容量更加稳定，从而具有更高的容量。因此，获得的凝胶聚合物电解质在高电压和含钴、镍等过渡金属的条件下具有很好的稳定性能，可以在高能量密度的锂离子电池中应用。
19、4.本专利技术所述的原位交联制备凝胶聚合物锂离子电池的工艺与现有的液态锂离子电池工艺完全兼容，可交联聚合物前驱体的交联在电池正常化成前置于一定温度静置一段时间实现，后续化成与循环过程和现有工艺完全相同，易于实现含凝胶聚合物电解质的锂离子电池的工业化生产。
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1.一种可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体包括下述四种组分中的至少一种：
2.根据权利要求1所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体包括下述四种组分中的至少一种：
3.根据权利要求1或2所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体中，腈基的摩尔量大于等于羟基的摩尔量；优选地，腈基的摩尔量大于羟基的摩尔量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述第一单体具有式I所示的结构式：
5.根据权利要求1-4任一项所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述第一种组分为第一单体和第二单体的共聚物；或者，所述第一种组分为第一单体、第二单体和第五单体的共聚物；所述第一种组分中，所述第一单体和所述第二单体的摩尔比为1:1-1:10；所述第一种组分中，所述第二单体和所述第五单体的摩尔比为1:9～5:1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述第一单体和第二单体的共聚物包括如下式I’所示的重复单元和式II’所示的重复单元：
7.一种液态电解液，所述液
8.一种凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合电解质的制备原料包括权利要求1-6任一项所述的可交联聚合物前驱体。
9.一种电池，所述电池包括权利要求8所述的凝胶聚合物电解质。
10.权利要求9所述的电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体包括下述四种组分中的至少一种：
2.根据权利要求1所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体包括下述四种组分中的至少一种：
3.根据权利要求1或2所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述可交联聚合物前驱体中，腈基的摩尔量大于等于羟基的摩尔量；优选地，腈基的摩尔量大于羟基的摩尔量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述第一单体具有式i所示的结构式：
5.根据权利要求1-4任一项所述的可交联聚合物前驱体，其中，所述第一种组分为第一单体和第二单体的共聚物；或者，所述第一种组分为第一单体、第二单体和第五单体的共聚物；所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，薛金鑫，刘凤泉，李林，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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