[发明专利]锂离子电池凝胶电解液

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种性能良好的锂离子电池凝胶电解液。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、体积小、重量轻、能量密度高和循环寿命长等优点，已获得了市场的主导地位。

目前，锂离子电池的电解液分为液态电解液和凝胶电解液。其中，液态电解液的特点是电化学性能稳定可靠，但却普遍存在安全性差、电池硬度不够易变形等问题。相比之下，凝胶电解液体系将流动态的溶剂分子固定在高分子凝胶骨架内，因不存在或较少存在游离态的溶剂而减小了电解液渗漏的风险，有效地降低了电池体系的燃烧性，进而提高了电池的安全性；同时，由于高分子骨架将整个电芯连成一个整体，因此有利于减少电芯变形和膨胀。

现有凝胶电解液一般是向液态电解液中添加可聚合单体制备而成的，所添加的可聚合单体可溶于液态电解液，生成的聚合物也可溶于液态电解液。由于凝胶电解液前体中可聚合单体的浓度较低时，会不足以使液态电解液转换为凝胶电解液，因此往往需要添加较多的可聚合单体；但可聚合单体的浓度较高时，所生成的凝胶电解液中的聚合物浓度也较高，又会引发锂离子传导困难，以致出现锂离子电导率低、容易析锂等一系列电化学性能问题。

有鉴于此，确有必要提供一种力学性能、电化学性能以及安全性全都良好的锂离子电池凝胶电解液。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种力学性能、电化学性能以及安全性全都良好的锂离子电池凝胶电解液；本发明的另一个目的在于降低锂离子电池凝胶电解液合成所需的可聚合单体使用量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池凝胶电解液，其前体包括液态电解液、可聚合单体A、可聚合单体B和引发剂，所述液态电解液包括液态非水有机溶剂和锂盐，其中，可聚合单体B的竞聚率r_B与可聚合单体A的竞聚率r_A的比值为1.5～5；同时，可聚合单体B、可聚合单体B的均聚物以及可聚合单体A都可溶于所述液态非水有机溶剂，但可聚合单体A的均聚物不溶于液态非水有机溶剂。

在上述凝胶电解液前体发生聚合反应的初期，由于可聚合单体B的反应活性高，初期AB共聚物中可聚合单体B的单体单元含量相对较高，因此初期AB共聚物可溶于液态电解液中；在聚合反应的中后期，由于可聚合单体B的含量和浓度降低，中后期AB共聚物中可聚合单体A的单体单元含量相对上升，因此中后期AB共聚物不溶于液态电解液中而析出；此时，由于可溶解于液态电解液的初期AB共聚物的分散作用，中后期AB共聚物沉淀形成的小颗粒将分散于液态电解液当中，并在反应达到一定程度时形成凝胶。由于中后期AB共聚物沉淀形成的小颗粒可以起到类似于物理交联点作用，因此本发明可以减少凝胶电解液前体的可聚合单体用量；同时，由于上述小颗粒在凝胶网络中也可起到增强作用，因此能够有效提高凝胶电解液的力学强度。

限定可聚合单体B的竞聚率r_B与可聚合单体A的竞聚率r_A之比为1.5～5的原因是：如果可聚合单体A的反应活性过高，会导致聚合反应早期出现聚合物沉淀并絮凝，从而造成电解液体系不均匀；如果可聚合单体B的反应活性过高，则会导致凝胶电解液的力学强度降低。

作为本发明锂离子电池凝胶电解液的一种改进，所述可聚合单体在凝胶电解液前体中的质量分数为0.5～6％；所述可聚合单体A在整个凝胶电解液前体中的质量分数为0.1～3％，可聚合单体B在整个凝胶电解液前体中的质量分数为0.25～5％。这是因为：当可聚合单体的含量过少时，可能导致不能凝胶；当可聚合单体含量过高时，生成的凝胶电解液聚合物浓度高，易于引起锂离子传导速率过慢，导致锂离子电池电化学较差。

作为本发明锂离子电池凝胶电解液的一种改进，所述可聚合单体还包括具有至少2个可聚合双键的可聚合单体C；可聚合单体C可溶于所述液态非水有机溶剂，其在整个凝胶电解液前体中的质量分数为0～3％。由于可聚合单体C具有至少2个可聚合双键，因此其能促进凝胶作用，进一步减少可聚合单体的用量，而且所形成的聚合物具有网状结构，从而进一步提高凝胶电解液的抗力学性能。

作为本发明锂离子电池凝胶电解液的一种改进，所述可聚合单体A为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。