[發明專利]一種含有酯類化合物和硫化物的凝膠、其制備及應用

有效

• 申請號: 202011383032.6
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112510250B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 楊文;楊樂;陳人杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/058;H01M10/052
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜;仇蕾安

本發明涉及一種含有酯類化合物和硫化物的凝膠、其制備及應用，屬于凝膠電解質技術領域。所述凝膠由質量分數為50％～80％的酯類化合物、質量分數為2％～40％的鹽類化合物、質量分數為2％～45％的硫磺以及質量分數為1％～20％的金屬硫化物組成，該凝膠的室溫離子導電率在1.0×10^?2S/cm以上，室溫離子遷移數在0.6以上，還具有較寬的電化學窗口，可以作為電解質應用于二次離子電池；該凝膠的制備方法簡單，制備周期短，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種含有酯類化合物和硫化物的凝膠、其制備及應用，屬于凝膠電解質技術領域。

背景技術

凝膠的結構骨架通常由交聯的高分子聚合物組成，在結構骨架的空隙中充滿了液態介質。凝膠化可以賦予材料一些新的特征，可以使材料的某些性能得到大幅度的提高，因此被廣泛地研究。由于具有介于固態與液態的特性，凝膠在生產生活中被廣泛地應用，例如：電解質、果凍類食品、生物基質、人體軟組織替代材料、隱形眼鏡、化妝品、建筑材料和藥物載體等。

與傳統液態電解質相比，凝膠電解質是一種半固體，不具有流動性，所以用于二次離子電池中可以防止電池漏液、增加電池安全性、取代隔膜以及阻止電極活性物質的溶出。相比于全固態二次離子電池，使用凝膠電解質的準固態二次離子電池與目前傳統的電池生產線更加匹配，是最有希望產業化的下一代電池。

目前來說，凝膠電解質的離子導電率為10^-4S/cm～10^-3S/cm，比液態電解質低1～2個數量級，使用凝膠電解質組裝的二次電池會面臨電勢極化大，倍率性能差等問題。此外，凝膠電解質的陽離子遷移數通常低于0.5，濃差極化和陰離子參與的界面副反應仍然較為嚴重，不利于電池的性能釋放和穩定性。因此，開發一種具有更高室溫離子導電率和離子遷移數的凝膠電解質是推動準固態二次離子電池發展的關鍵。

發明內容

針對目前凝膠電解質存在的離子電導率和離子遷移數低的問題，本發明提供一種含有酯類化合物和硫化物的凝膠、其制備及應用，該凝膠具有高的離子電導率、高的離子遷移數以及寬的電化學窗口，可以作為電解質應用于二次離子電池；該凝膠的制備方法簡單，制備周期短，易于工業化生產。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種含有酯類化合物和硫化物的凝膠，以所述凝膠的總質量為100％計，則所述凝膠的組成成分及各成分的質量百分數如下：酯類化合物50％～80％，鹽類化合物2％～40％，硫磺2％～45％，以及金屬硫化物1％～20％；所述凝膠的室溫離子導電率在1.0×10^-2S/cm以上，室溫離子遷移數在0.6以上；

酯類化合物可選自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、δ-戊內酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二苯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、三(三氟乙基)磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸丙酯、亞硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內酯、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯和三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一種以上；

鹽類化合物可選自六氟磷酸鋰，或者六氟磷酸鋰與四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、全氟丁基磺酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、鋁酸鋰、氯鋁酸鋰、氟代磺酰亞胺鋰、氯化鋰、碘化鋰、六氟磷酸鈉、四氟硼酸鈉、六氟砷酸鈉、高氯酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、全氟丁基磺酸鈉、雙三氟甲烷磺酰亞胺鈉、雙氟磺酰亞胺鈉、鋁酸鈉、氯鋁酸鈉、氟代磺酰亞胺鈉、氯化鈉、碘化鈉、六氟磷酸鉀、四氟硼酸鉀、六氟砷酸鉀、高氯酸鉀、三氟甲基磺酸鉀、全氟丁基磺酸鉀、雙三氟甲烷磺酰亞胺鉀、雙氟磺酰亞胺鉀、鋁酸鉀、氯鋁酸鉀、氟代磺酰亞胺鉀、氯化鉀、碘化鉀、六氟磷酸鈣、四氟硼酸鈣、高氯酸鈣、三氟甲基磺酸鈣、雙三氟甲烷磺酰亞胺鈣、雙氟磺酰亞胺鈣、鋁酸鈣、氯鋁酸鈣、氯化鈣、碘化鈣、六氟磷酸鎂、高氯酸鎂、三氟甲基磺酸鎂、雙三氟甲烷磺酰亞胺鎂、鋁酸鎂、氯化鎂和碘化鎂中的至少一種組成的混合物；