[发明专利]一种凝胶态电解质、制备方法及锂离子电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种凝胶态电解质、制备方法及锂离子电池的制备方法，将硼酸或硼酸酯与有机硅化合物反应制备得到硼硅烷交联化合物，之后于具有保护气氛且水含量和氧含量均小于1ppm的环境下，将由硼硅烷交联化合物、单体聚合物单体、锂盐、改性剂和引发剂混合而成的预聚合物溶液，再将预聚合溶液、支撑隔膜、正极极片和负极极片组装成锂电池封装后，原位聚合一段时间，得到凝胶态电解质，并在原位聚合制备电解质的同时，也制得具有这种电解质的锂电池。本发明的凝胶态聚合物电解质在具有较佳的重构塑形特点外，可进一步提升电解质的电导率和界面性能，改善电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电解质材料及制备方法，特别涉及一种凝胶态电解质、制备方法及凝胶态电池的制备方法。

背景技术

聚合物电解质相比于传统电解液，安全性能高，具有高温稳定性好、电化学窗口宽、易于与高电压电极匹配的优点，适于下一代高性能锂电池大型化、高能量密度的发展需求，在电动汽车、储能电站等领域具有广阔应用前景。中国专利CN03152463.X公开了一种包含特定结构的多官能异氰脲酸酯单体的聚合物电解质，与包含聚(烯化氧)聚合物的聚合物电解质相比，延长了电池的循环寿命、改善了安全性并减小了膨胀度。中国专利CN201811540502.8公开了一种自修复聚合物电解质，自修复聚合物电解质基体包括无机纳米添加剂、自修复聚氨酯和其他聚合物；其中，无机纳米添加剂和其他聚合物接枝在自修复聚氨酯上；自修复聚氨酯通过Diels-Alder反应得到。自修复聚氨酯中的呋喃-马来酰亚胺结构的可逆作用使自修复聚合物电解质基体具有良好的自修复能力；聚合物电解质使得自修复聚合物电解质基体具有良好的离子电导率；无机纳米添加剂提供了活性位点，使聚合物易形成三维交联结构，进一步提高了离子电导率。中国专利CN 107634261 A公开了一种聚合物电池的解质及制备方法，不仅提供了一种改善了物理和力学性能的聚合物电解质，并且提供了一种低成本的制备方法。但上述聚合物电解质室温电导率低，界面性能差。

发明内容

本发明旨在提供一种凝胶态电解质、制备方法及锂离子电池的制备方法，可在电解质具有较佳的重构塑形特点外，进一步提升电解质的室温电导率和界面性能，改善电池的电化学性能。

本发明通过以下方案实施。

一种制备凝胶态锂离子电池用电解质的交联化合物，是一种由结构通式为式1的聚合物，

其中R₁为丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基或甲基丙烯酰氧的官能团，R₂为烷基或烷氧基的官能团，式1聚合物的分子量为200～10000。

一种凝胶态锂离子电池用电解质，包括交连聚合物、改性剂和锂盐，所述交联聚合物为由权利要求1所述的具有式1的交联化合物与聚合物单体聚合制备得到，分子式为式2，

式2中实线表示聚硅氧烷，长方形表示双键自由基聚合的交联位点，圆形表示硼的交联位点；所述聚合物单体选自甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯或丙烯腈中的一种或多种。

一种凝胶态锂离子电池用电解质的制备方法，包括以下步骤：

(Ⅰ)将硼酸或硼酸酯与有机硅化合物按一定比例比加入至第一有机溶剂中，10～120℃反应0.5～36h，再经纯化——干燥后得到硼硅烷交联化合物；所述有机硅合物为下述有机物中的一种，3-[二甲氧基(甲基)甲硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、2-丙烯酸3-(二乙氧基甲基甲硅烷基)丙基酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂、；二甲氧基甲基乙烯基硅烷、三甲氧基甲基乙烯基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷；

(Ⅱ)于具有保护气氛且水含量和氧含量均小于1ppm的环境下，将第Ⅰ步制得的硼硅烷交联化合物、单体聚合物、锂盐、改性剂和引发剂按一定比例混合，得到预聚合溶液，所述单体聚合物为甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯或丙烯腈等中的一种或多种；