[发明专利]一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含有交联剂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)交联剂，所述(b)醚类化合物选自环状醚类化合物或直链醚类化合物中的至少一种；通过调节所述体系中锂盐、醚类化合物和交联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系电池、建筑材料等领域中，所述固态电解质可以应用于锂系电池等领域中。

技术领域

本发明属于凝胶技术领域，涉及一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备方法和应用。

背景技术

化学电源在能量的存储和转化中发挥着重要的作用，在众多的电池体系中锂电池使用寿命更长，比体积能量密度与比重量能量密度更高，对环境的污染更小，受到了人们的广泛关注。

传统的液态电解质不仅存在漏液的危险，由于其易挥发、易燃易爆的特点，在使用过程中还容易出现热失控、着火等安全隐患。此外，锂枝晶的生成、SEI膜的生长不断消耗锂金属等问题也使有机电解液锂电池系统的应用面临着许多困难。固态及凝胶电解质的开发有利于从根本上解决锂枝晶生成、电极材料与电解液存在复杂反应以及安全性等一系列问题，可以明显提高电池寿命和使用过程中的可靠性。如传统的聚(环氧乙烷)(PEO)基固体聚合电解质由于能够与各种锂盐形成配合物而得到广泛研究。在这类电解质中，醚氧原子与阳离子产生溶剂化作用，通过聚合物链的链段运动传输阳离子，并且这种离子的传导主要发生在聚合物的无定形相中，但是PEO基固体聚合电解质通常具有较高的结晶度，在室温下仅能提供非常低的离子电导率，限制了其在实际应用中的潜力。

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，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有机凝胶因子于其中，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，而且容易出现高分子分子量的不同，得到的凝胶体系就不尽相同，由所述凝胶制备得到的产品也会存在差异。

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可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：锂盐、醚类化合物和交联剂。

本发明的目的之二在于提供一种上述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凝胶。

申请人在研究中发现，将锂盐和醚类化合物(如小分子环状醚类化合物或直链醚类化合物)混合，通过二者的相互作用(例如生成新的络合物或自组装作用等)和/或小分子环状醚类化合物的开环聚合或缩聚；或者和小分子直链醚类化合物的断链聚合等方式可形成凝胶体系或固态体系。进一步研究发现，在形成上述体系的过程中添加交联剂，则制备得到的凝胶体系或固态体系，不仅具备优于普通凝胶体系或固态体系的使用安全性，而且通过调节可凝胶化体系中各组分的含量和种类，可以有效控制所述凝胶体系或固态体系的强度，所述强度的改变可使得所述凝胶体系扩展到所述固态体系中，从而更加扩大了所述体系的应用范围，比如除了应用于锂系电池外，还可以将该凝胶体系引入到建筑材料的制备中，使得制备得到的建筑材料具有轻质、强度高、可达到A级防火标准等特点，具有特殊的商业价值；此外，交联剂的加入不仅可以提高所述凝胶体系或固态体系的机械强度，而且还可以阻碍聚合物链段的规整排列，降低聚合物的结晶度，同时交联剂使得聚合物分子扩链交联，有效改善凝胶体系的成膜性能，提高电解质膜的孔隙率，使电解质膜能够吸附更多的液态电解液，从而提高锂离子在凝胶体系或固态体系中的迁移率和电导率。