本發(fā)明涉及鋰電池，具體而言，涉及凝膠電解質(zhì)、凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法及鋰電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池在移動電子設備、電動交通工具以及能源存儲系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，而電解液則是決定其性能的關(guān)鍵因素。目前，液體電解質(zhì)因其高能量密度和成熟的加工技術(shù)，被廣泛應用于電動汽車和便攜式電子設備中。然而，液體電解質(zhì)的泄漏性和易燃性可能引發(fā)包括爆炸在內(nèi)的安全問題。因此，固態(tài)電解質(zhì)被認為是解決這一安全問題的潛在方案，并使鋰金屬直接作為電池負極成為可能。二次鋰電池具有高工作電壓、大容量，從而實現(xiàn)高能量密度。雖然某些固態(tài)電解質(zhì)在室溫下表現(xiàn)出較高的離子電導率，但其與電極界面的相互作用較差，嚴重阻礙了電極與固態(tài)電解質(zhì)之間的離子傳輸，導致界面阻抗較高、鋰離子擴散緩慢以及循環(huán)過程中的較大過電位。目前，界面問題被認為是固態(tài)電池應用的主要障礙。

2、凝膠聚合物電解質(zhì)是一種由聚合物骨架和液體電解質(zhì)增塑劑組成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。聚合物骨架上的極性功能基團可以結(jié)合液體電解質(zhì)以提供吸液能力，而液體電解質(zhì)則是鋰離子傳輸?shù)闹饕ǖ?。此外，其柔軟特性提供了良好的界面接觸，顯著降低了界面阻抗。然而，凝膠聚合物電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性和機械性能較差。為了解決這些問題，引入了支撐膜形成膜支撐的凝膠聚合物電解質(zhì)。支撐膜提供機械性能和熱穩(wěn)定性，凝膠聚合物電解質(zhì)提供離子傳輸通道，這兩者的結(jié)合可以大幅提升性能。

3、為了進一步改善界面問題，采用了原位固化方法在正負極之間形成凝膠聚合物電解質(zhì)。有研究表明，通過混合單體、增塑劑溶液和鋰鹽的方式，可以利用原位聚合制備聚合物電解質(zhì)。與傳統(tǒng)的聚酯基電解質(zhì)相比，原位聚合制備的凝膠聚合物電解質(zhì)展現(xiàn)出更高的放電容量和更低的過電位，證明原位固化方法可以有效提高電池性能。

4、最近，通過原位聚合制備了一種以纖維素隔膜為支撐的聚合物電解質(zhì)，與外部制備的電池相比，該電解質(zhì)表現(xiàn)出更低的界面阻抗和更高的離子電導率，這歸因于其緊密的界面接觸和原位制備過程中鋰鹽的強解離能力。此外，支撐膜需具備高熱穩(wěn)定性、良好電化學穩(wěn)定性和優(yōu)秀的吸液能力。玻璃纖維膜因其高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性而受到關(guān)注。然而，其孔徑較大，可能導致活性電極材料穿透并引發(fā)局部短路，因此通過相轉(zhuǎn)化法或原位聚合法填充聚合物電解質(zhì)是一種可行的解決方案。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)潤濕性較差，與正負極之間的固-固接觸界面容易形成結(jié)構(gòu)缺陷，導致界面相容性差，從而引發(fā)較高的界面阻抗。

5、綜上，目前亟需改善凝膠電解液的界面相容性問題，同時提高鋰電池的高溫穩(wěn)定性。

6、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供凝膠電解質(zhì)、凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法及鋰電池，旨在解決界面相容性問題，提高鋰電池的高溫穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種凝膠電解質(zhì)，用于原位聚合后制備凝膠聚合物電解質(zhì)，包括：電解液、聚合物基質(zhì)和無機填料，電解液包括鋰鹽和溶劑；

4、其中，聚合物基質(zhì)包括丙烯酸單體、光引發(fā)劑、交聯(lián)劑和熱引發(fā)劑；

5、無機填料為二氧化硅氣凝膠；無機填料與丙烯酸單體的質(zhì)量比為(0-14)：100。

6、在可選的實施方式中，無機填料與丙烯酸單體的質(zhì)量比為(8-10)：100。

7、在可選的實施方式中，聚合物基質(zhì)中，丙烯酸單體、光引發(fā)劑、交聯(lián)劑和熱引發(fā)劑的質(zhì)量比為1：(0.01-0.03)：(0.01-0.03)：(0.01-0.03)。

8、在可選的實施方式中，丙烯酸單體為丙烯酸丁酯；

9、和/或，光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基苯丙酮；

10、和/或，交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯；

11、和/或，熱引發(fā)劑為偶氮二異丁腈。

12、在可選的實施方式中，電解液與丙烯酸單體的質(zhì)量比為(0.8-1.2)：1；和/或，鋰鹽選自lipf6和litfsi中的至少一種；

13、和/或，鋰鹽在電解液中的濃度為0.8mol/l-1.2mol/l；

14、和/或，溶劑選自碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中的至少一種。

15、在可選的實施方式中，溶劑包括碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的質(zhì)量比為1：(0.8-1.2)。

16、第二方面，本發(fā)明提供一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括：將隔膜浸于前述實施方式中任一項的凝膠電解質(zhì)中，在紫外照射條件下進行聚合得到預聚合改性隔膜；

17、將預聚合改性隔膜組裝成鋰電池，之后加熱聚合。

18、在可選的實施方式中，先將隔膜在凝膠電解質(zhì)中浸泡10s-3min，之后紫外照射15min-60min，得到預聚合改性隔膜；

19、和/或，隔膜選自玻璃纖維隔膜、聚丙烯隔膜(pp)和無紡布隔膜中的至少一種。

20、在可選的實施方式中，加熱聚合的過程中，控制聚合溫度為55℃-65℃，聚合時間為20min-60min；

21、和/或，將預聚合改性隔膜、正極、負極和電解液組裝成鋰電池。

22、第三方面，本發(fā)明提供一種具有凝膠聚合物電解質(zhì)的鋰電池，通過前述實施方式中任一項的制備方法制備而得。

23、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用了固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)相結(jié)合的策略，通過原位固化在正負極之間形成凝膠聚合物電解質(zhì)，從根本上改善了界面性能；通過引入二氧化硅氣凝膠能夠改變體系中鋰鹽的配位情況，從而提高體系的電導率。通過與電解液和鋰鹽的結(jié)合，該復合電解質(zhì)展現(xiàn)出高離子電導率、良好的電化學穩(wěn)定性、出色的抗短路能力和較高的熱穩(wěn)定性，從而提升了鋰離子電池的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種凝膠電解質(zhì)，用于原位聚合后制備凝膠聚合物電解質(zhì)，其特征在于，包括：電解液、聚合物基質(zhì)和無機填料，所述電解液包括鋰鹽和溶劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述無機填料與所述丙烯酸單體的質(zhì)量比為(8-10)：100。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)中，所述丙烯酸單體、光引發(fā)劑、交聯(lián)劑和熱引發(fā)劑的質(zhì)量比為1：(0.01-0.03)：(0.01-0.03)：(0.01-0.03)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述丙烯酸單體為丙烯酸丁酯；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述電解液與所述丙烯酸單體的質(zhì)量比為(0.8-1.2)：1；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述溶劑包括碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的質(zhì)量比為1：(0.8-1.2)。

7.一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括：將隔膜浸于權(quán)利要求1-6中任一項所述的凝膠電解質(zhì)中，在紫外照射條件下進行聚合得到預聚合改性隔膜；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，先將所述隔膜在所述凝膠電解質(zhì)中浸泡10s-3min，之后紫外照射15min-60min，得到所述預聚合改性隔膜；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，加熱聚合的過程中，控制聚合溫度為55℃-65℃，聚合時間為20min-60min；

10.一種具有凝膠聚合物電解質(zhì)的鋰電池，其特征在于，通過權(quán)利要求7-9中任一項所述的制備方法制備而得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了凝膠電解質(zhì)、凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法及鋰電池，涉及鋰電池技術(shù)領域。本發(fā)明采用了固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)相結(jié)合的策略，通過原位固化在正負極之間形成凝膠聚合物電解質(zhì)，從根本上改善了界面性能；通過引入二氧化硅氣凝膠能夠改變體系中鋰鹽的配位情況，從而提高體系的電導率。通過與電解液和鋰鹽的結(jié)合，該復合電解質(zhì)展現(xiàn)出高離子電導率、良好的電化學穩(wěn)定性、出色的抗短路能力和較高的熱穩(wěn)定性，從而提升了鋰離子電池的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏浩東,吳紹平,蘇文湫,洪文晶
受保護的技術(shù)使用者：廈門大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15