[發明專利]一種含有直鏈醚類化合物的可凝膠化體系及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710385201.1
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN108933285B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李林;劉鳳泉;周建軍;方芳
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明公開了一種可凝膠化體系及其制備得到的凝膠和/或固態電解質、及其制備方法和應用。該體系中包括以下組分：鋰鹽和醚類化合物，所述醚類化合物選自直鏈醚類化合物；該體系中還可以包括其他溶劑和/或電解液；無機納米顆粒；通過調節所述體系中鋰鹽和直鏈醚類化合物的組分含量和種類，可以制備得到強度可調、形成時間可調、轉變溫度可調，同時也具有可逆性的凝膠和/或固態電解質；所述制備方法簡單、反應條件溫和、反應周期短、產物收率高、制備成本低、易于實現工業化生產。所述凝膠和/或固態電解質可應用于鋰系電池等領域中。

技術領域

本發明屬于凝膠電解液及其制備技術領域，具體涉及一種含有直鏈醚類化合物的可凝膠化體系及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，由于人類活動造成化石能源急劇下降，部分能源即將枯竭，而由此引起的環境惡化，資源不合理的運用，給人類的生活和生產都帶來了不可小覷的影響。為了滿足人們日益增長的物質文化需求，同時也要確保人們安全綠色的進行生產生活，由此，開發新型安全環保的能源體系刻不容緩。

凝膠是介于液體和固體之間的一種半固態體系，它兼具液體和固體兩者的優點和特點，由此，使得其成為研究領域和生產生活中的熱點，也有很多的研究者想方設法的將各種材料設計成凝膠的狀態。眾所周知，凝膠體系可以應用的領域很多，例如：可以將鋰電池的電解液設計成凝膠電解液或者是固態電解質，從而改善了液體電解液的泄露問題，降低其安全隱患；也可以將凝膠體系引入到人體中，來進行人造器官的搭建；或者將凝膠體系應用到建筑材料等領域中。

目前來看，普遍的凝膠體系搭建主要有兩種：一種是將一種或者多種高分子直接引入到溶劑中，使其形成網絡結構或者互穿網絡結構，這種凝膠的強度較高；另外一種是將小分子的有機凝膠因子引入某種溶劑中，高溫下使其溶于該溶劑，而在室溫或者低溫下形成凝膠，這種凝膠的強度一般都比較低。對于上述兩種方式形成的凝膠體系，無論是其作為鋰離子二次電池的電解液，還是被應用于人造器官的搭建等領域，都不可避免的從原料上引入高分子或者合成步驟比較復雜的小分子的有機凝膠因子，而且通常會使用比較繁瑣冗長的實驗方法，制備費時費力費原料，而且容易出現因高分子分子量的不同而使得得到的凝膠體系也不盡相同、由所述凝膠制備得到的產品也會存在差異的問題。且目前報道的凝膠體系都是不可逆的，即在凝膠被破壞后，很難再恢復原來的形貌和優勢，這也限制了凝膠的使用與推廣。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明目的之一在于提供一種可凝膠化體系，該體系中包括鋰鹽和醚類化合物，所述醚類化合物選自直鏈醚類化合物。

本發明的目的之二在于提供一種上述可凝膠化體系經凝膠化制備得到的凝膠和/或固態電解質，及所述凝膠和/或固態電解質的制備方法和應用。

本發明的目的之三在于提供一種凝膠電解液及其制備方法和應用，所述凝膠電解液包括上述的凝膠。

申請人在研究中發現，將鋰鹽和小分子直鏈醚類化合物混合，通過二者的相互作用(例如生成新的絡合物或自組裝作用等)和小分子直鏈醚類化合物的斷鏈聚合等方式可形成凝膠體系或固態體系，所述凝膠體系或固態體系不僅具備優于普通凝膠體系或固態體系的使用安全性，而且還具有較好的強度可調性，可以通過改變原材料組分含量和種類，從源頭上改善形成凝膠的強度，所述強度的改變可使得所述凝膠體系擴展到所述固態體系中，從而更加擴大了所述體系的應用范圍。另外，所述凝膠體系或固態體系還具有可逆性，即所述凝膠體系或固態體系在室溫下可以制備得到，經過高溫處理(溫度高于其轉變溫度)后，所述凝膠體系或固態體系會被破壞，但將其重新靜置冷卻(溫度低于其轉變溫度)后，又能夠恢復成原來的凝膠體系或固態體系，并且性質不會發生變化。基于這樣的思路，完成了本發明。

本發明的第一個方面是提供一種可凝膠化體系，該體系中包括以下組分：(a)鋰鹽和(b)醚類化合物，所述醚類化合物選自直鏈醚類化合物；體系中可凝膠化的聚合物和/或可凝膠化的預聚物的質量百分含量小于等于1wt％。