[發(fā)明專利]一種凝膠聚合物電解質及其制備方法和電池

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• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111909352A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 曹元成;趙玉振
• 申請（專利權）人: 武漢倍特能科技有限公司
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32;C08G18/10;H01M10/0525;H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發(fā)明涉及二次電池技術領域，具體涉及一種凝膠聚合物電解質及其制備方法和電池。該方法將鏈段兩側由異氰酯封端的聚醚鏈段化合物單體、多元醇單體、反應溶劑和催化劑組成的反應體系在交聯(lián)固化反應結束前加入電解液，并在加入所述電解液后繼續(xù)交聯(lián)固化反應至反應結束，得到凝膠聚合物電解質。本發(fā)明通過使用兩類廉價易得原料，在室溫下即可簡單快速合成凝膠聚合物電解質，該凝膠電解質具有很高的離子導電率。同時，本發(fā)明實施例提供的凝膠電解質可應用于于NCM三元鋰離子電池、LFP鋰離子電池等其他類型鋰離子二次電池、鋰金屬電池中，具有優(yōu)異的電化學性能。

技術領域

本發(fā)明涉及二次電池技術領域，具體涉及一種凝膠聚合物電解質及其制備方法和電池。

背景技術

鋰離子二次電池以其高的能量密度在能量存儲技術中占據(jù)越來越重要的地位。自1991年進入市場后，已廣泛應用于便攜式電子設備領域。近年來，隨著電池技術的發(fā)展與新能源領域的興起，鋰離子電池在新興能源領域展現(xiàn)出了極大的發(fā)展前景。目前，鋰二次電池作為動力電池在電動汽車上的廣泛應用，隨之暴露出的安全問題已愈加突出，2019年8月13日，長城旗下純電動汽車歐拉R1在充電站起火，這是歐拉的“品牌首燃”。8月18日，距離特斯拉上海自燃事件調查結果聲明發(fā)布不到兩個月，又一輛特斯拉在杭州的第三方維修中心起火。更早之前，還有蔚來、比亞迪等車企車型的起火事件。

商用鋰離子電池(使用有機電解液)，都含有低閃點、低燃點的有機溶劑，易燃易爆易泄露，電池在短路、過充、受熱、受猛烈撞擊等極端情況下極易起火燃燒甚至爆炸，從而給鋰離子電池的生產、運輸和使用帶來了安全隱患，也嚴重地制約了其在某些領域特別是在電動汽車領域的推廣應用。因此盡快實現(xiàn)液態(tài)鋰離子電池到固態(tài)鋰電池的轉變，是解決動力電池安全性能和能量密度的重要途徑。

固態(tài)電解質目前有機聚合物電解質和無機固態(tài)電解質，聚合物主要有PEO(聚乙二醇)、聚硅氧烷基固態(tài)電解質、PAN(聚丙烯腈)、PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、單離子導體聚合物電解質、離子液體等聚合物電解質體系。相比較而言，全固態(tài)聚合物電解質離子電導率偏低，但其成型容易，更適宜大規(guī)模生產。而無機固態(tài)電解質在較寬溫度范圍內能保持化學穩(wěn)定性，并且機械強度更好，室溫離子電導率更高，但其脆性較大，加工性能不好，要想實現(xiàn)其規(guī)模化量產存在巨大挑戰(zhàn)。

本項目從聚合物電解質在液體電解質中浸泡后容易失去機械穩(wěn)定性，導致與鋰負極很差的兼容性，會嚴重損害電池的安全性和循環(huán)性能等問題著手，以提高鋰二次電池安全性為出發(fā)點，從分子微觀結構角度，對分子鏈段及聚合物分子結構進行設計，采用廉價易得的兩類原料，簡單快速可合成一類凝膠聚合物電解質。作為一種特殊的物質形態(tài)，凝膠聚合物既不是液體也不是固體，但是也可以反過來說其既是液體也是固體，這種二元性保證了凝膠既具有隔膜的電子絕緣性，也具有液體電解質擴散傳輸物質的性質。此類電池不僅具有液態(tài)鋰離子電池的高電壓、長壽命以及清潔無污染等特點，電池因內部結構的變化而具備了液態(tài)電池所不具有的一些性質：凝膠聚合物將電解液以半固態(tài)的形式限制在一定范圍，電解液流動性減弱，可以從根本上解決傳統(tǒng)鋰離子電池在使用過程中可能出現(xiàn)的漏液、易燃和爆炸等問題，顯著提高了鋰離子電池的安全性能。另外，凝膠聚合物鋰離子電池還體現(xiàn)出成本低廉、有利于發(fā)展形狀可控等一系列優(yōu)點，且具有較高的離子電導率，達到較好的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種凝膠聚合物電解質及其制備方法和電池。

本發(fā)明所提供的技術方案如下：

一種凝膠聚合物電解質的制備方法，包括以下步驟：將鏈段兩側由異氰酯封端的聚醚鏈段化合物單體、多元醇單體、反應溶劑和催化劑組成的反應體系在交聯(lián)固化反應結束前加入電解液，并在加入所述電解液后繼續(xù)交聯(lián)固化反應至反應結束，得到所述的凝膠聚合物電解質。