[发明专利]原位开环聚合制备凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的方法

说明书

本发明公开一种原位开环聚合制备凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的方法，其包括以下步骤：(1)在氩气气氛下，将锂盐均匀分散在1，3二氧戊环(DOL)溶剂中，然后加入锂盐添加剂、塑化剂，均匀分散后制得前驱体溶液；(2)按照液态锂电池的组装方法，将前驱体溶液注入到玻璃纤维/聚丙烯隔膜中，并且装配纽扣电池；(3)长时间静置或者加热，待DOL原位开环聚合并在电池内部形成聚合态凝胶电解质(Poly‑DOL)，进而得到凝胶电解质电池。本发明通过二氟草酸硼酸锂成功诱导了环氧化物DOL溶剂的开环聚合反应，原位实现了凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的制备，解决了凝胶电解质和电极材料之间物理接触不佳、界面阻抗较大的问题。

技术领域

本发明涉及凝胶聚合物电解质领域，特别涉及一种原位开环聚合制备凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的不断进步，锂电产品也朝着高能量密度和长续航时间的方向发展，而电池的安全性能和循环性能却面临更大的挑战。目前商用的锂离子电池通常使用易燃、易挥发、易腐蚀、易漏液的有机电解液，当他们搭配高比容的正负极材料时，会发生一系列的副反应，热失控行为也更易发生。凝胶电解质通常具有更加优异的电化学稳定性、阻燃性能，其本身的机械强度也有助于抑制锂枝晶的生长，在兼顾高比能的同时，也可以保证电池的安全性能。

尽管凝胶电解质具有上述优点，但也存在着比较普遍的界面问题。凝胶与电极材料颗粒的浸润性并不如固液接触，因而导致界面处的阻抗较高，影响电池的倍率性能和电池容量的发挥。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种原位开环聚合制备凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的方法。本发明中，原位聚合制备凝胶电解质，通常是将引发剂加入到有机电解液中得到前驱体溶液，然后按照传统锂离子电池的制备方法，将前驱体电解液注入到电池隔膜中，再通过热引发等手段诱导聚合反应的发生。通过原位的方式，可以实现凝胶电解质与电极材料之间的有效接触，降低界面阻抗；同时简化了凝胶态电池的组装过程，并兼容传统的锂电池生产工艺，有利于实现凝胶态电池的产业化。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种原位开环聚合制备凝胶聚合物电解质及凝胶态电池的方法，其包括以下步骤：

(1)在氩气气氛下，将锂盐均匀分散在1，3二氧戊环(DOL)溶剂中，然后加入一定量的锂盐添加剂作为开环引发剂，并且引入一定量的塑化剂，均匀分散后制得前驱体溶液；

(2)按照液态锂电池的组装方法，将前驱体溶液注入到玻璃纤维/聚丙烯(PP)隔膜中，并且装配纽扣电池；

(3)将装好的纽扣电池长时间静置或者加热，待1，3二氧戊环(DOL)原位开环聚合并在电池内部形成聚合态凝胶电解质(Poly-DOL)，进而得到凝胶电解质电池。

作为本发明一优选方案，1，3二氧戊环(DOL)溶剂为99.8％的无水级1，3二氧戊环，并含有75ppm的二丁基羟基甲苯(BHT)稳定剂。

作为本发明一优选方案，锂盐为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)，浓度为1～4mol/L。

作为本发明一优选方案，锂盐添加剂为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)，浓度为0.1～1mol/L。

作为本发明一优选方案，步骤(1)中塑化剂为丁二腈(SN)，其加入量为DOL溶剂以及锂盐总质量的0-30％。

作为本发明一优选方案，静置时间为4～10天。

作为本发明一优选方案，加热温度为40-60℃，加热时间为0-10h。