一种用于宽温域锂电池的复合凝胶电解质、锂电池及其制备方法和应用技术

技术编号：44164462 阅读：1 留言：0更新日期：2025-01-29 10:37

本申请涉及锂电池材料技术领域，公开了一种用于宽温域电池的复合凝胶电解质、锂电池及其制备方法与应用。复合凝胶电解质的制备方法包括：取聚偏氟乙烯共六氟丙烯溶于第一有机溶剂中，得到溶液A；取聚醚醚酮磺酸锂分散于第二有机溶剂中，搅拌均匀得到溶液B；将溶液A与溶液B混合，加热搅拌，倒入模具中并真空干燥，得到复合高分子薄膜；将高分子薄膜在电解液中浸泡至溶胀，得到复合凝胶电解质。本申请的复合凝胶电解质中，聚醚醚酮磺酸锂与聚偏氟乙烯共六氟丙烯形成合适的纳米相分布，增强了其机械强度和低温/高温稳定性；锚定在溶剂化高分子链上的磺酸锂基团促进凝胶电解质中连续离子通道形成，使其具有较高的离子电导率和锂离子迁移数。

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【技术实现步骤摘要】

本申请涉及锂电池材料，具体涉及一种用于宽温域电池的复合凝胶电解质、锂电池及其制备方法与应用。

技术介绍

1、锂电池因其较高的能量密度受到广泛关注。目前，锂电池主要使用液态电解质，其具有高离子迁移率、良好的化学稳定性、高电压和高比能等优点。然而，液态电解质存在有机溶剂易燃、电解质泄漏和锂枝晶生长的问题，阻碍了锂离子电池作为储能设备进行大规模应用。因此，兼备固态聚合物的高安全性和液态电解质的高离子电导率的凝胶电解质成为下一代锂离子电池的理想选择。

2、凝胶电解质的性能和电池的界面性质受温度的影响很大。在低温下，凝胶电解质离子电导率低，界面阻抗大，电池放电容量低；在高温下，凝胶电解质中的液态溶剂迅速挥发，稳定性差，锂电池的安全性和循环寿命会受到巨大挑战。现有的凝胶电解质难以适用于宽温域锂电池，提高凝胶电解质的适用温度范围，使其具备宽温域下的高离子电导率，良好的低温/高温稳定性，良好的机械强度等特征，具有重要的意义。

3、目前，主要通过组分调控(优化盐和溶剂的组合、加入功能填料)和结构设计来拓宽凝胶电解质的适用温度范围。然而，以上方法制备的凝胶电解质存在成分不相容和结构不稳定等问题，其机械强度和稳定性差，导致锂电池在宽温域下性能较差。

技术实现思路

1、本申请提供一种用于宽温域锂电池的复合凝胶电解质、锂电池及其制备方法和应用，旨在解决现有的凝胶电解质机械强度低、高温/低温稳定性差以及电化学性能差，进而导致的锂电池在宽温域下电化学性能较差的问题。

2、为了

3、本申请的第一方面，提供一种用于宽温域锂电池的复合凝胶电解质的制备方法，包括：

4、s1，取聚偏氟乙烯共六氟丙烯溶于第一有机溶剂中，得到溶液a；

5、取聚醚醚酮磺酸锂分散于第二有机溶剂中，搅拌均匀得到溶液b；

6、s2，将溶液a与溶液b混合，加热搅拌，将其倒入模具中并真空干燥，得到复合高分子薄膜；

7、s3，将高分子薄膜在电解液中浸泡至溶胀，得到复合凝胶电解质。

8、优选的，所述聚醚醚酮磺酸锂通过如下方法制备：

9、将聚醚醚酮溶于98％的浓硫酸，在氮气气氛下于60～80℃搅拌1～5h，收集固相产物，清洗至中性，烘干，得到磺化聚醚醚酮；

10、将磺化聚醚醚酮分散于氢氧化锂溶液中，搅拌，烘干，得到聚醚醚酮磺酸锂。

11、优选的，所述聚偏氟乙烯共六氟丙烯分子量为200000～600000；所述聚醚醚酮磺酸锂的分子量为20000～50000、磺化度为50％～95％。

12、优选的，所述第一有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、丁酮或2-戊酮中的任意一种；

13、所述第二有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺中的任意一种。

14、优选的，所述溶液a中，聚偏氟乙烯共六氟丙烯的浓度为0.01～0.05g/ml；

15、所述溶液b中，聚醚醚酮磺酸锂的浓度为0.004～0.04g/ml。

16、优选的，步骤s2中，所述加热的温度为25～60℃；真空干燥的温度为25～100℃。

17、优选的，所述电解液的溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐，溶剂为1,3二氧戊环和乙二醇二甲醚的混合溶剂；所述电解液的浓度为0.8～2mol/l。

18、本申请的第二方面，提供上述制备方法制备的复合凝胶电解质。

19、本申请的第三方面，提供上述复合凝胶电解质在锂电池中的应用。

20、本申请的第四方面，提供一种锂电池，包括正极、负极以及上述复合凝胶电解质；所述正极的活性材料包括磷酸铁锂或硫碳复合材料，所述负极的活性材料包括锂金属或锂合金。

21、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

22、本申请的复合凝胶电解质采用双溶剂溶液共混法制备，其高分子基质中聚醚醚酮磺酸锂与聚偏氟乙烯共六氟丙烯通过链缠绕和离子偶极相互作用形成合适的纳米相分布，从而增强了电解质的机械强度和低温/高温稳定性；在复合凝胶电解质中，锚定在溶剂化高分子链上的磺酸锂基团促进凝胶电解质中连续离子通道形成，使其具有较高的离子电导率和锂离子迁移数。

23、采用本申请提供的复合凝胶电解质的锂电池，在-20～70℃温度范围内均具有良好的循环稳定性，适用于储能领域。

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【技术保护点】

1.一种用于宽温域锂电池的复合凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚醚酮磺酸锂通过如下方法制备：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯共六氟丙烯分子量为200000～600000；所述聚醚醚酮磺酸锂的分子量为20000～50000、磺化度为50％～95％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、丁酮或2-戊酮中的任意一种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，聚偏氟乙烯共六氟丙烯的浓度为0.01～0.05g/ml；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述加热的温度为25～60℃；真空干燥的温度为25～100℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解液的溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐，溶剂为1,3二氧戊环和乙二醇二甲醚的混合溶剂；

8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的复合凝胶电解质。