[發明專利]一種改性隔膜-電解液一體化固態電解質的制備方法及電池

在審

• 申請號: 202110707773.3
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113540575A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李明濤;田曉錄
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種改性隔膜?電解液一體化固態電解質的制備方法及電池，將改性劑、交聯劑和光引發劑按溶于電解液中，超聲分散后攪拌均勻，得到含有改性劑、交聯劑和光引發劑的電解液溶液；將隔膜浸入含有改性劑、交聯劑和光引發劑的電解液溶液中浸漬；取出隔膜后置于紫外光下輻照，得到改性隔膜?電解液一體化固態電解質。本發明中隔膜基體與改性劑發生聚合形成包含隔膜的一體化聚合物骨架，聚合物通過化學鍵與隔膜相結合，不易脫落，延長了改性層使用壽命；包含隔膜的一體化聚合物骨架形成的同時將電解液包含在其中，形成一體化電解質，防止了電解液泄露風險，提升了電解質安全性。本發明的一體化固態電解質具有高的機械強度。

技術領域

本發明涉及一種改性隔膜-電解液一體化固態電解質的制備方法及電池，屬于鋰電池電解質制備領域。

背景技術

鋰離子電池由于其優異的電化學性能(例如高能量密度，長循環壽命，低自放電等)以及綠色無污染而被廣泛應用于電子設備和電動汽車。然而，使用有機液體電解質的商用鋰離子電池仍存在一些缺點。一方面，液體電解質的流動性導致了嚴重的泄露風險；另一方面，鋰離子電池隔膜常用多孔聚烯烴膜，熱穩定性差，電池內部溫度升高時隔膜強度明顯下降，導致穿刺短路的風險，使高溫下安全隱患急劇增加。

針對以上安全問題，常用的解決方法是在聚烯烴類有機隔膜上涂覆有機或無機改性材料以提升隔膜性能。然而，通常用于改性隔膜的無機顆粒或有機涂料與隔膜基體的結合力較弱，易發生改性材料的脫落現象，其穩定性仍待提升。另外，盡管改性后的隔膜在保液性能上有所提升，但在高壓力下其中吸收的電解液仍有滲出風險。

因此有必要提供一種新的電解質設計思路，為鋰離子電池的安全推廣提供條件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，目的是提供一種改性隔膜-電解液一體化固態電解質的制備方法及電池。其中包含隔膜的一體化聚合物骨架形成的同時將電解液包含在其中，防范了電解液泄露風險，并增強了與高電壓正極材料的適配性。另外，解質通過紫外光輻照引發改性劑聚合一步形成，工藝簡單，可進行大規模生產，應用該一體化固態電解質的鋰離子電池具有穩定的循環性能和倍率性能。

為了達到上述的發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種改性隔膜-電解液一體化固態電解質的制備方法，包括如下步驟：

S1、將改性劑、交聯劑和光引發劑按溶于電解液中，超聲分散后攪拌均勻，得到含有改性劑、交聯劑和光引發劑的電解液溶液；

S2、將隔膜浸入含有改性劑、交聯劑和光引發劑的電解液溶液中浸漬；

S3、取出隔膜后置于紫外光下輻照，得到改性隔膜-電解液一體化固態電解質。

本發明進一步的改進在于，改性劑為丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、亞甲基丁二酸、順丁烯二酸酐、丙烯酰胺乙醇酸甲酯甲基醚、N-[4-(2,3-環氧丙氧基)-2,5-二甲基芐基]丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰異氰酸氧乙酯與甲基丙烯酸2-(1-乙撐亞胺)乙酯中的一種。

本發明進一步的改進在于，交聯劑為二乙烯基苯、N,N'-雙丙烯酰胱胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、三烯丙基異三聚氰酸酯與乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一種。

本發明進一步的改進在于，光引發劑為二苯甲酮、過氧化苯甲酰、過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基和過氧化苯甲酸叔丁基酯中的一種。

本發明進一步的改進在于，電解液通過以下過程制得：將導電鋰鹽加入到溶劑中，混合均勻，得到濃度為1mol/L的電解液。

本發明進一步的改進在于，導電鋰鹽為六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰中的一種，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯與碳酸甲乙酯中的一種或多種。