[发明专利]一种用于锂硫电池的可凝胶化体系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于锂硫电池的可凝胶化体系及其制备得到的凝胶和/或固态电解质、及其制备方法和应用。该体系中包括以下组分：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)用于锂硫电池的电解液或其溶剂，所述醚类化合物选自环状醚类化合物；通过调节所述体系中锂盐、环状醚类化合物和用于锂硫电池的电解液或其溶剂的组分含量和种类，可以制备得到强度可调、形成时间可调、转变温度可调，同时也具有可逆性的凝胶和/或固态电解质；所述制备方法简单、反应条件温和、反应周期短、产物收率高、制备成本低、易于实现工业化生产。所述凝胶和/或固态电解质可应用于锂硫电池等领域中。

技术领域

本发明属于凝胶电解液技术领域，具体涉及一种用于锂硫电池的可凝胶化体系及其制备方法和应用。

背景技术

一直以来，为了满足可再生能源(例如风能、太阳能)的快速发展和高能量密度的电动车、便携式电子设备以及个人医疗设备等方面的强烈需求，开发具有高能量密度和功率密度的新能源来推动社会发展和人们的生产生活是很必要的。

众所周知，二次电池中以锂电池的综合性能最优，锂电池作为一种安全环保的能源体系，已经被广泛研究，并应用到航空航天、电子产品、公共交通等领域中。锂硫电池作为锂电池的一种，其主要是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。由于单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mAh/g和2600Wh/kg。但是锂硫电池却有着很多缺点而限制了其商业化，例如：活性物质利用率低、放电中间产物溶解在电解液中而形成“飞梭效应”等。

很多研究者针对锂硫电池的缺点而设计出各种各样的正极材料，例如：多孔碳负载硫、N掺杂的硫碳复合材料等，这些正极材料的设计在一定程度上抑制了多硫化物的“飞梭效应”，但是正极的合成过程繁琐冗长，产率低，重复性差。而凝胶电解液和固态电解质可以减缓甚至杜绝多硫化物发生“飞梭效应”，从而提高活性物质的利用率，另外，凝胶电解液和固态电解质可以避免液体电解液的泄露，从而杜绝安全隐患。

凝胶是介于液体和固体之间的一种半固态体系，它兼具液体和固体两者的优点和特点，由此，使得其成为研究领域和生产生活中的热点，也有很多的研究者想方设法的将各种材料设计成凝胶的状态。而将凝胶体系引入到锂电池(特别是锂硫电池)的电解液设计中，如何使得制备得到的锂硫电池既能具有较高的安全性，又能具有较好的充放电效率，增强离子导电能力等，也是人们迫切需要解决的。

目前来看，普遍的凝胶体系搭建主要有两种：一种是将一种或者多种高分子直接引入到溶剂中，使其形成网络结构或者互穿网络结构，这种凝胶的强度较高；另外一种是将小分子的有机凝胶因子引入其中，使其在高温下溶于某种溶剂中，而在室温或者低温下形成凝胶，这种凝胶的强度一般都比较低。对于上述两种方式形成的凝胶体系，无论是其作为锂离子二次电池的电解液，还是被应用于人造器官的搭建等领域，都不可避免的从原料上引入高分子或者合成步骤比较复杂的小分子的有机凝胶因子，而且通常会使用比较繁琐冗长的实验方法，制备费时费力费原料，而且容易出现因高分子分子量的不同而使得得到的凝胶体系也不尽相同、由所述凝胶制备得到的产品也会存在差异的问题。且目前报道的凝胶体系都是不可逆的，即在凝胶被破坏后，很难再恢复原来的形貌和优势，这也限制了凝胶的使用与推广。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种用于锂硫电池的可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：锂盐，醚类化合物和用于锂硫电池的电解液或其溶剂，所述醚类化合物选自环状醚类化合物。

本发明的目的之二在于提供一种上述用于锂硫电池的可凝胶化体系经凝胶化制备得到的凝胶或固态电解质，及所述凝胶或固态电解质的制备方法和应用。

本发明的目的之三在于提供一种凝胶电解液及其制备方法和应用，所述凝胶电解液包括上述的凝胶。