[发明专利]一种凝胶聚合物电解质及其快速制备方法和电池

说明书

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种凝胶聚合物电解质及其快速制备方法和电池。该方法包括以下步骤：在添加或不添加催化剂的情况下，由两端由氨基封端的聚醚链段化合物和二异氰酸酯在电解液中反应得到三维交联网络凝胶聚合物电解质。本发明通过使用两类廉价易得原料，可通过作为添加剂的方式，简单快速的方法合成凝胶聚合物电解质，该凝胶电解质在有机电解液逐步形成三维立体骨架结构，对电解液形成很好的包裹，使所得产物具有很高的离子导电率，同时提高其所制备的锂电池的安全性能。本发明所通供的凝胶电解质可应用于锂离子二次电池中，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种凝胶聚合物电解质及其快速制备方法和电池。

背景技术

随着国家新能源领域的兴起，锂电池的研究与发展凸显其重大且深远的意义。商用锂离子电池(使用有机电解液)，都含有低闪点、低燃点的有机溶剂，易燃易爆易泄露，电池在短路、过充、受热、受猛烈撞击等极端情况下极易起火燃烧甚至爆炸，从而给锂离子电池的生产、运输和使用带来了安全隐患，也严重地制约了其在某些领域特别是在电动汽车领域的推广应用。因此尽快实现液态锂离子电池到固态锂电池的转变，是解决动力电池安全性能和能量密度的重要途径。

固态电解质目前有机聚合物电解质和无机固态电解质，相比较而言，全固态聚合物电解质离子电导率偏低，但其成型容易，更适宜大规模生产。而无机固态电解质在较宽温度范围内能保持化学稳定性，并且机械强度更好，室温离子电导率更高，但其脆性较大，加工性能不好，要想实现其规模化量产存在巨大挑战。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明从聚合物电解质在液体电解质中浸泡后容易失去机械稳定性，导致与锂负极或石墨负极很差的兼容性，严重损害电池的安全性和循环性能等问题着手，以提高锂二次电池安全性为出发点，从分子微观结构角度，对分子链段及聚合物分子结构进行设计，采用廉价易得的两类原料，提供了简单快速可合成一类凝胶聚合物电解质的技术方案。

本发明所提供的技术方案如下：

一种凝胶聚合物电解质的快速制备方法，包括以下步骤：在添加或不添加催化剂的情况下，由两端由氨基封端的聚醚链段化合物和二异氰酸酯在电解液中反应得到三维交联网络凝胶聚合物电解质。

上述技术方案在电解液中添加两类原料，其在电解液中发生反应形成交联网状结构骨架，将电解液固定于其中，使其具有高电导率，可媲美常规电解液。

上述技术方案可以在常温条件下及少量催化剂或无需催化剂条件下可以迅速进行反应进行制备凝胶电解液，大大提高合成及生产制备效率。

上述技术方案中，两种易得原料可作为电解液添加剂使用，在电池充放循环过程中固化形成保护膜。

具体的，两端由氨基封端的聚醚链段化合物、二异氰酸酯和电解液按照任意顺序先后或同时混合。

上述技术方案的实施流程灵活，可适应各种工艺。

具体的，反应温度为0-40℃。

上述技术方案温度条件宽松，易于实施，在实施的温度条件下充分搅拌均匀即可。

具体的，所述两端由氨基封端的聚醚链段化合物选自链段两侧由氨基封端的三羟甲丙烷三聚丙二醇醚、聚丙二醇、聚乙二醇或聚丁二醇中的任意一种。

具体的，所述两端由氨基封端的聚醚链段化合物的数均分子量为100-1000Da。

具体的，所述二异氰酸酯选包括但不限于六亚甲基而异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种。

具体的，所述电解液中：