[发明专利]一种凝胶电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种凝胶电解质及其制备方法和应用。该凝胶电解质包括多孔无机绝缘凝胶基体以及负载于多孔无机绝缘凝胶基体中的离子液体，离子液体的溶质包括双三氟甲基磺酰亚胺锂盐，离子液体的溶剂包括C‑TFSI、Py14和PP。本发明将多孔无机绝缘凝胶基体作为纳米凝胶剂，在原位水解和缩合的情况下，纳米凝胶剂能够自发地固定离子液体。由于无机宿主多孔无机绝缘凝胶基体是不易燃的，并且其孔隙可以稳定地保持液体电解质，因此消除了火灾或爆炸的风险。此外，具有自调节能力的纳米凝胶剂多孔无机绝缘凝胶基体可以通过调节离子输送通道结构来适应不同类型的离子液体。本发明还提供了上述凝胶电解质的制备方法和含有上述凝胶电解质的锂电池。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种凝胶电解质及其制备方法和应用。

背景技术

新能源汽车、大规模储能、航空航天和国防军事等领域的发展对锂离子电池提出了更高的综合性能要求。在关注锂离子电池能量密度、功率特性的同时，安全性和环境适应性也一直是影响锂离子电池能否广泛有效应用的关键。

电解质材料在正负极之间起着运输和传导电子的作用，其性能不仅影响到电极材料性能(如比容量、循环寿命及倍率性能等)的正常发挥，而且对电池的安全性也影响极大。商业化锂离子电池使用的电解液溶剂具有热稳定性低和易燃易爆等不足，易引起锂离子电池的热失控，造成起火甚至爆炸等不良后果。

相关技术中，全固态电解质虽然可以显著提升锂离子电池的安全性能，但是又难以同时满足高电导率、宽电化学窗口和稳定的电极-电解质界面特性等要求，因此需要开发一种新的固态电解质体系。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种凝胶电解质，该凝胶电解质突破了传统固态电解质对高温以及薄膜的应用限制，具有高室温电导率、宽电化学窗口、不可燃性和良好的机械稳定性。

本发明还提供了一种凝胶电解质的制备方法。

本发明还提供了含有上述凝胶电解质的锂电池。

本发明的第一方面提供了一种凝胶电解质，包括多孔无机绝缘凝胶基体以及负载于所述多孔无机绝缘凝胶基体中的离子液体，所述离子液体的溶质包括双三氟甲基磺酰亚胺锂盐，所述离子液体的溶剂包括C-TFSI、Py14和PP。

本发明关于凝胶电解质的的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

当电池暴露在某些不良条件下时，可能会引发火灾或爆炸。这个问题虽然可以通过使用固体，即玻璃、陶瓷或聚合物电解质来解决。然而，由于离子电导率适中，这种电解质的应用受到了限制。离子液体电解质虽然被认为是提高锂离子电池安全性的潜在手段，但离子液体电解质的液体状态需要分离器来保证机械稳定性，因此限制了电池的安全性和设计。

一般的研究重点是通过聚合物材料(如聚环氧乙烷和聚丙烯腈)来固定离子液体电解质。实际上，聚合物基材料本身的易燃性并不能消除安全问题。本发明将多孔无机绝缘凝胶基体作为纳米凝胶剂，在原位水解和缩合的情况下，纳米凝胶剂能够自发地固定离子液体。由于无机宿主多孔无机绝缘凝胶基体是不易燃的，并且其孔隙可以稳定地保持液体电解质，因此消除了火灾或爆炸的风险。

此外，具有自调节能力的纳米凝胶剂多孔无机绝缘凝胶基体可以通过调节离子输送通道结构来适应不同类型的离子液体。由此产生的电解质结合了无机氧化物基质(具有机械稳定性、低易燃性和光学透明性)和离子液体电解质(具有高离子导电性、热稳定性和电化学稳定性)的优点。

根据本发明的一些实施方式，所述多孔无机绝缘凝胶基体包括多孔二氧化钛凝胶基体或二氧化硅凝胶基体。

二氧化钛具有低毒、热稳定性好、高温分解、不易挥发等特点。锂电池用二氧化钛基纳米凝胶电解质，可以具有高放电容量和稳定的循环性能。