[發明專利]一種凝膠態電解質、高能量密度凝膠態電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011232712.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112382789A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 郭玉國;馬強;呂善光;鄧奇;胡俊平;吳雄偉;林遠騰;吳雪文
• 申請（專利權）人: 江西銀匯新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;C08G65/16;C08G65/10
• 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: 呂少楠

本發明公開了一種凝膠態電解質、高能量密度凝膠態電池及其制備方法，通過將醚類單體加入到商業化的酯類電解液中，通過酯類電解液中含有的鋰鹽分解誘導環狀醚電解質原位聚合形成凝膠態電解質。本發明方法不僅能夠通過醚類單體的聚合提升整個電解質的電壓窗口，而且對于金屬鋰負極具有較好的兼容性，因此在循環過程中能夠有效調控金屬鋰的沉積，從而保證電池具有較高的能量密度。同時本發明通過原位聚合的方式能夠有效的改善正極?電解質以及負極?電解質的界面接觸問題。且本發明方法與現有的電池企業電解液的注入方式一致，且通過原位聚合的方法易操作，具有較好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及電化學儲能材料技術領域，特別涉及一種凝膠態電解質、高能量密度凝膠態電池及其制備方法。

背景技術

近年來，鋰離子電池由于具有高的能量密度被廣泛應用于日常消費類電子產品和電動汽車等領域。但是隨著人們對高能量密度電池需求的不斷提升，傳統的石墨負極已經難以滿足大眾對高能量密度電池體系的需要。因此，尋找可替代的具有高容量密度的負極材料十分必要。金屬鋰負極由于具有低的還原電勢與輕的質量、且具有高的理論比容量而引起了研究者的廣泛關注。但是，目前缺乏與金屬鋰負極相容且能夠滿足高電壓、高能量密度電池體系的電解液。另外，由于液態電解液具有低的離子遷移數，根據Sand’Time理論電解液低的離子遷移數易導致鋰負極枝晶的產生。因此，亟待開發新的能夠滿足人們對高能量密度需求、同時能夠調控金屬鋰均勻沉積的電解質體系。

目前商業化的碳酸酯類電解液抗氧化能力較強，且具有高的氧化窗口，能夠與多數高電壓正極特別是NCM三元正極具有較好的相容性，同時保證電池具有相對較高的能量密度。但是該類電解液與金屬鋰負極相容性較差，且在鋰金屬電池體系中易產生枝晶。大多數的研究表明，醚類體系與金屬鋰相容性較好，易在金屬鋰表面形成穩定的固體電解質界面層(SEI)，但是醚類電解質體系的抗氧化能力差，難以保證電池體系具有高的能量密度。

為解決上述技術問題，有研究者提出通過聚合化作用將環狀的醚轉換為鏈狀的醚或通過原位聚合作用改善電極-電解質界面，如申請號為CN201911357076.9(公開了一種原位開環聚合制備的聚甲醛類全固態聚合物電解質及其在構成全固態二次鋰電池中的應用)、CN201910875084.6(公開了一種原位開環聚合制備凝膠聚合物電解質及凝膠態電池的方法)和申請號為CN202010060236.X(公開了一種含有乙烯基含磷化合物、乙烯基化合物和鋰鹽通過原位聚合不燃凝膠聚合物電解質的制備方法)、CN201811221369.X(公開一種聚氨酯丙烯酸酯和活性稀釋劑等通過光引發聚合的電解質的制備方法)的專利申請所示。上述方法雖然能夠有效提升電池的耐氧化性和離子遷移數，但是該電解質與高能量密度的三元正極或金屬鋰負極的兼容性依然較差。因此如何通過簡單的制備方法獲得具有高的能量密度、甚至同時與金屬鋰負極及三元正極具有良好的相容性的電解質及其電池體系成為亟待解決的技術問題。

發明內容

為了改善上述技術問題，本發明提供一種凝膠態電解質，其包括醚類聚合物和酯類電解液，所述醚類聚合物由醚類單體在酯類電解液中原位聚合得到；所述醚類單體為含有環醚的醚類單體。

根據本發明的實施方案，所述凝膠態電解質中，醚類聚合物和酯類電解液的體積比為(1～9):(1～9)，例如(3～7):(3～7)，示例性為3:7、5:5。

根據本發明的實施方案，所述凝膠態電解質的制備原料包含醚類單體和酯類電解液。

根據本發明的實施方案，所述制備原料中醚類單體的體積分數為0.1～75％；優選為20～70％；示例性為0.1％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％。

根據本發明的實施方案，所述含有環醚的醚類單體可以為含有三元環醚的醚類單體、含有四元環醚的醚類單體或含有五元環醚的醚類單體；優選為含有三元環醚的醚類單體或含有五元環醚的醚類單體。