[發(fā)明專利]一種含有環(huán)狀醚類化合物的可凝膠化體系及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710386736.0
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN108933286B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李林;劉鳳泉;周建軍;方芳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/0525;H01M12/08
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發(fā)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(tài)電解質(zhì)、及其制備方法和應(yīng)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環(huán)狀醚類化合物；通過調(diào)節(jié)所述體系中鋰鹽和環(huán)狀醚類化合物的組分含量和種類，可以制備得到強(qiáng)度可調(diào)、形成時(shí)間可調(diào)、轉(zhuǎn)變溫度可調(diào)，同時(shí)也具有可逆性的凝膠和/或固態(tài)電解質(zhì)；所述制備方法簡單、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)周期短、產(chǎn)物收率高、制備成本低、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所述凝膠可應(yīng)用于鋰系電池等領(lǐng)域中，所述固態(tài)電解質(zhì)可應(yīng)用于鋰系電池等領(lǐng)域中，例如鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于凝膠及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有環(huán)狀醚類化合物的可凝膠化體系及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，由于人類活動(dòng)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(huán)境惡化，資源不合理的運(yùn)用，給人類的生活和生產(chǎn)都帶來了不可小覷的影響。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求，同時(shí)也要確保人們安全綠色的進(jìn)行生產(chǎn)生活，由此，開發(fā)新型安全環(huán)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(tài)體系，它兼具液體和固體兩者的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，這也使得其成為研究領(lǐng)域和生產(chǎn)生活中的熱點(diǎn)之一，也有很多的研究者想方設(shè)法的將各種材料設(shè)計(jì)成凝膠的狀態(tài)。眾所周知，凝膠體系可以應(yīng)用的領(lǐng)域很多，例如：可以將鋰電池的電解液設(shè)計(jì)成凝膠電解液或者是固態(tài)電解質(zhì)，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(jìn)行人造器官的搭建；或者將凝膠體系應(yīng)用到建筑材料等領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種凝膠的強(qiáng)度較高；另外一種是將小分子的有機(jī)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(qiáng)度一般都比較低。對于上述兩種方式形成的凝膠體系，無論是作為鋰離子二次電池的電解液，還是被應(yīng)用于人造器官的搭建等領(lǐng)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(fù)雜的小分子的有機(jī)凝膠因子，而且通常會(huì)使用比較繁瑣冗長的實(shí)驗(yàn)方法，制備費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)原料，而且容易出現(xiàn)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、導(dǎo)致由所述凝膠制備得到的產(chǎn)品存在差異等問題。且目前報(bào)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(fù)原來的形貌和優(yōu)勢，這也限制了凝膠的使用與推廣。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的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環(huán)狀醚類化合物。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述可凝膠化體系經(jīng)凝膠化制備得到的凝膠或固態(tài)電解質(zhì)，及所述凝膠或固態(tài)電解質(zhì)的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)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(yīng)用，所述凝膠電解液包括上述的凝膠。

申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，將鋰鹽和小分子環(huán)狀醚類化合物混合，通過二者的相互作用(例如生成新的絡(luò)合物或自組裝作用等)和小分子環(huán)狀醚類化合物的開環(huán)聚合或縮聚等方式可形成凝膠體系或固態(tài)體系，所述凝膠體系或固態(tài)體系不僅具備優(yōu)于普通凝膠體系或固態(tài)體系的使用安全性，而且還具有較好的強(qiáng)度可調(diào)性，可以通過改變原材料的投料比，從源頭上改善形成凝膠的強(qiáng)度，所述強(qiáng)度的改變可使得所述凝膠體系擴(kuò)展到所述固態(tài)體系中，從而更加擴(kuò)大了凝膠體系的應(yīng)用范圍。另外，所述凝膠體系或固態(tài)體系還具有可逆性，即所述凝膠體系或固態(tài)體系在室溫下可以制備得到，經(jīng)過高溫處理(溫度高于其轉(zhuǎn)變溫度)后，所述凝膠體系或固態(tài)體系會(huì)變得可以流動(dòng)，若將其重新靜置冷卻(溫度低于其轉(zhuǎn)變溫度)后，又能夠恢復(fù)成原來的凝膠體系或固態(tài)體系，并且性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化。基于這樣的思路，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種可凝膠化體系，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環(huán)狀醚類化合物；體系中可凝膠化的聚合物和/或可凝膠化的預(yù)聚物的質(zhì)量百分含量小于等于1wt％。