[發(fā)明專利]一種聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111051752.7
• 申請(qǐng)日: 2021-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN113745656A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左朋建;周慶潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/058;A62C3/16
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發(fā)明公開了一種聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，所述聚合物電解質(zhì)以異氰尿酸酯基單體材料和鋰鹽為原料制備而成，其中：異氰尿酸酯基單體材料為異氰尿酸二烯丙基丙酯、異氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三縮水甘油酯、雙（2?羧乙基）異氰尿酸酯，三（2?丙烯酰氧乙基）異氰尿酸酯中的一種或多種；鋰鹽選自雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種。本發(fā)明利用異氰尿酸酯基有機(jī)單體聚合形成網(wǎng)絡(luò)，通過本身異氰尿酸酯基的熱穩(wěn)定性、原位構(gòu)筑具有阻燃效果的凝膠聚合物電解質(zhì)材料，制備工藝簡單可控，操作簡便，所得產(chǎn)品性能優(yōu)良，安全、便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于準(zhǔn)固態(tài)鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、無記憶效應(yīng)、自放電小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)電動(dòng)汽車和電子產(chǎn)品的主要?jiǎng)恿碓础Ｈ欢逃娩囯x子電池存在大量的安全隱患，如短路或局部過熱等，導(dǎo)致事故頻發(fā)，阻礙了其在相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。一般認(rèn)為鋰離子電池的安全問題與液體電解液密切相關(guān)，液體電解液容易被點(diǎn)燃，引起熱失控甚至爆炸。而凝膠聚合物電解質(zhì)可以減少電解液的用量，避免電解液的泄漏，并為鋰金屬電池提供良好的界面相容性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

然而目前常用的凝膠聚合物電解質(zhì)由于較大含量絕緣性聚合物的添加，存在離子電導(dǎo)率降低過大、電極浸潤性差使得正負(fù)極界面惡化的嚴(yán)重問題；同時(shí)由于含有大量的有機(jī)電解液，仍然存在著火等安全隱患。因此，設(shè)計(jì)一種安全環(huán)保、阻燃，同時(shí)兼顧電化學(xué)性能的凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)是目前電解質(zhì)研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，基于多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠聚合物電解質(zhì)，一方面使得電解液固化減少漏液隱患同時(shí)具有阻燃效果進(jìn)一步提升其安全性能，另一方面高液相成分保持了良好的界面相容性，改善界面電阻，進(jìn)一步提高鋰離子電池的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)，以異氰尿酸酯基單體材料和鋰鹽為原料制備而成，其中：所述異氰尿酸酯基單體材料能聚合得到異氰尿酸酯基聚合物，異氰尿酸酯基單體材料為異氰尿酸二烯丙基丙酯、異氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三縮水甘油酯、雙（2-羧乙基）異氰尿酸酯，三（2-丙烯酰氧乙基）異氰尿酸酯中的一種或多種；當(dāng)鋰離子電池正極材料為Li Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和高壓LiCoO₂時(shí)，異氰尿酸酯基單體材料優(yōu)選為三（2-丙烯酰氧乙基）異氰尿酸酯；所述凝膠聚合物電解質(zhì)中，異氰尿酸酯基單體材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~50wt%，優(yōu)選地，異氰尿酸酯基單體材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3~20wt%，進(jìn)一步優(yōu)選為5~15wt%；所述鋰鹽選自雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種；所述鋰鹽占異氰尿酸酯基單體材料和鋰鹽總質(zhì)量的60~90%。

一種上述聚異氰尿酸酯基阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、前驅(qū)體溶液制備：在具有保護(hù)氣氛氬氣且氧含量和水含量均小于0.1ppm的環(huán)境下，將異氰尿酸酯基單體材料溶解于含有鋰離子的鋰離子電池電解液體系中，充分?jǐn)嚢瑁S后加入自由基引發(fā)劑化合物，得到凝膠聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液，其中：所述鋰離子電解液溶劑體系由碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙酸酯中的一種或者多種組成，優(yōu)選為碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯混合溶劑，碳酸乙烯酯與碳酸二甲酯的體積比為3：7；所述自由基引發(fā)劑化合物選自偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、偶氮二異庚腈、叔丁基過氧化氫、偶氮二異丁酸二甲酯、過氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一種，優(yōu)選為偶氮二異丁腈；所述自由基引發(fā)劑化合物的加入量為異氰尿酸酯基單體材料的0.01~1wt%，優(yōu)選為0.5wt%；