[發(fā)明專利]一種耐低溫膠體電解質(zhì)及其制備方法、鋰離子電池

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• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116435616A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳卓彥;李鑌珂;尹立坤;樂波;孫長平;湯建軍;劉建平;湯維貴;孔慶春;王琳;吳云翼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國長江三峽集團有限公司;國水集團化德風電有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;C08F220/56;C08F2/48;C08F220/06;C08F222/38
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 周淑歌

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐低溫膠體電解質(zhì)及其制備方法、鋰離子電池。本發(fā)明提供的耐低溫膠體電解質(zhì)，本發(fā)明提出了一種添加防凍劑的膠體電解質(zhì)，通過各組分的選擇和用量的配合，這種膠體電解質(zhì)具有準固態(tài)特性，在離子電導率方面和水溶液電解質(zhì)接近，所以既解決了水溶液電解質(zhì)在應(yīng)用中存在的一些問題，又在電導率方面要遠優(yōu)于傳統(tǒng)凝膠電解質(zhì)。其中，聚合物、防凍劑相互配合與水形成較強的協(xié)同氫鍵，能夠牢固地錨定水分子，使水凝膠即使在低溫下也具有良好的抗凍性和長期穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐低溫膠體電解質(zhì)及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)

為了使電池進一步在更加苛刻的條件下應(yīng)用，適應(yīng)不同地區(qū)的低溫環(huán)境，需要對電池的低溫性能進行進一步的研究。但目前對于水系電池的低溫性能研究還處于起步階段。由于水系電池的電解質(zhì)溶劑是水，其熱力學冰點為0℃。因此，水系電池的一個缺點是它們在較低溫度下的電化學性能有限。

導致水系電池在低溫條件下性能不佳的原因可以歸納為以下幾點：(1)對于電解質(zhì)，純水在0℃時就會凍結(jié)。即使由于添加了溶質(zhì)而導致冰點降低，但電解質(zhì)的粘度也會增加，高粘度會減慢離子在電解液中的傳輸速度，導致離子導電性的顯著下降，增加電池的極化，并且會阻礙電極和電解液之間界面的潤濕性；(2)對于電極材料來說，隨著溫度的降低，離子的插層動力學明顯下降。同時，電荷傳輸阻抗迅速增加，這將對電池容量產(chǎn)生不利影響；(3)其他電池部件(如粘結(jié)劑、隔膜、導體等)的惡化也會導致電池性能衰減。為了滿足在各種寒冷環(huán)境下，甚至是極端條件下儲能的實際應(yīng)用要求，水系電池需要在比常溫更低的溫度下工作。

電解質(zhì)對水系鋰離子電池正負極的循環(huán)可逆性、倍率性能有重要影響，為了改善電池性能，加速水系鋰離子電池的實用化進程，眾多研究者不斷對電解質(zhì)體系進行研究和改進。例如，現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種用于鋅基電池的抗凍凝膠電解質(zhì)的制備方法，通過鋅鹽和鋰鹽的協(xié)同水化作用，降低海藻酸鈉-聚丙烯酰胺為基體的凝膠電解質(zhì)的凍結(jié)溫度。浸入鋅鹽和鋰鹽的抗凍水凝膠作為電解質(zhì)，顯示出良好的抗凍性和機械性能，具有優(yōu)異的低溫耐受性和循環(huán)穩(wěn)定性。但是，上述電解質(zhì)中，通過鋅鹽和鋰鹽的協(xié)同水化作用提升電解質(zhì)性能，只能適用于負極為鋅或鋰的電池，對于采用其它負極的電池并不適用；同時，海藻酸鈉會提高電解質(zhì)的粘度，降低電解質(zhì)的離子電導率，影響電池的電化學性能；另外，上述電解質(zhì)的制備方法是先制備凝膠，再在鋅鹽、鋰鹽水溶液中浸泡得到的含金屬離子的凝膠電解質(zhì)，此類合成方法難以精準控制凝膠電解質(zhì)中電解質(zhì)離子的濃度，且電解質(zhì)離子的濃度一般偏低，離子電導率低，不利于二次電池電化學性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的膠體電解質(zhì)在組成和制備方法方面存在的上述缺陷，從而提供一種耐低溫膠體電解質(zhì)及其制備方法、鋰離子電池。

為此，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種耐低溫膠體電解質(zhì)，以所述耐低溫膠體電解質(zhì)原料的總質(zhì)量計，包括如下質(zhì)量百分含量的組分：

聚合物單體10-15％；

防凍劑20-50％；

光引發(fā)劑0.2-0.3％；

交聯(lián)劑0.4-0.6％；

鋰離子電解質(zhì)鹽1.8-9.8％；

其他金屬離子電解質(zhì)鹽5-27％；

可選地，所述的耐低溫膠體電解質(zhì)中，余量為水。

可選地，所述鋰離子電解質(zhì)鹽為水溶性鋰鹽；

可選地，所述鋰離子電解質(zhì)鹽選自硫酸鋰、氯化鋰、硝酸鋰、醋酸鋰中的至少一種。

可選地，所述防凍劑為水溶性防凍劑；

可選地，所述防凍劑選自甘油、乙二醇中的至少一種。