[发明专利]一种改性隔膜-电解液一体化固态电解质的制备方法及电池

说明书

本发明公开了一种改性隔膜‑电解液一体化固态电解质的制备方法及电池，将改性剂、交联剂和光引发剂按溶于电解液中，超声分散后搅拌均匀，得到含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液；将隔膜浸入含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液中浸渍；取出隔膜后置于紫外光下辐照，得到改性隔膜‑电解液一体化固态电解质。本发明中隔膜基体与改性剂发生聚合形成包含隔膜的一体化聚合物骨架，聚合物通过化学键与隔膜相结合，不易脱落，延长了改性层使用寿命；包含隔膜的一体化聚合物骨架形成的同时将电解液包含在其中，形成一体化电解质，防止了电解液泄露风险，提升了电解质安全性。本发明的一体化固态电解质具有高的机械强度。

技术领域

本发明涉及一种改性隔膜-电解液一体化固态电解质的制备方法及电池，属于锂电池电解质制备领域。

背景技术

锂离子电池由于其优异的电化学性能(例如高能量密度，长循环寿命，低自放电等)以及绿色无污染而被广泛应用于电子设备和电动汽车。然而，使用有机液体电解质的商用锂离子电池仍存在一些缺点。一方面，液体电解质的流动性导致了严重的泄露风险；另一方面，锂离子电池隔膜常用多孔聚烯烃膜，热稳定性差，电池内部温度升高时隔膜强度明显下降，导致穿刺短路的风险，使高温下安全隐患急剧增加。

针对以上安全问题，常用的解决方法是在聚烯烃类有机隔膜上涂覆有机或无机改性材料以提升隔膜性能。然而，通常用于改性隔膜的无机颗粒或有机涂料与隔膜基体的结合力较弱，易发生改性材料的脱落现象，其稳定性仍待提升。另外，尽管改性后的隔膜在保液性能上有所提升，但在高压力下其中吸收的电解液仍有渗出风险。

因此有必要提供一种新的电解质设计思路，为锂离子电池的安全推广提供条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的是提供一种改性隔膜-电解液一体化固态电解质的制备方法及电池。其中包含隔膜的一体化聚合物骨架形成的同时将电解液包含在其中，防范了电解液泄露风险，并增强了与高电压正极材料的适配性。另外，解质通过紫外光辐照引发改性剂聚合一步形成，工艺简单，可进行大规模生产，应用该一体化固态电解质的锂离子电池具有稳定的循环性能和倍率性能。

为了达到上述的发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种改性隔膜-电解液一体化固态电解质的制备方法，包括如下步骤：

S1、将改性剂、交联剂和光引发剂按溶于电解液中，超声分散后搅拌均匀，得到含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液；

S2、将隔膜浸入含有改性剂、交联剂和光引发剂的电解液溶液中浸渍；

S3、取出隔膜后置于紫外光下辐照，得到改性隔膜-电解液一体化固态电解质。

本发明进一步的改进在于，改性剂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、亚甲基丁二酸、顺丁烯二酸酐、丙烯酰胺乙醇酸甲酯甲基醚、N-[4-(2,3-环氧丙氧基)-2,5-二甲基苄基]丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰异氰酸氧乙酯与甲基丙烯酸2-(1-乙撑亚胺)乙酯中的一种。

本发明进一步的改进在于，交联剂为二乙烯基苯、N,N'-双丙烯酰胱胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基异三聚氰酸酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种。

本发明进一步的改进在于，光引发剂为二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酸叔丁基酯中的一种。

本发明进一步的改进在于，电解液通过以下过程制得：将导电锂盐加入到溶剂中，混合均匀，得到浓度为1mol/L的电解液。

本发明进一步的改进在于，导电锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂中的一种，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯与碳酸甲乙酯中的一种或多种。