一种凝胶聚合物锂离子电解液及包含该电解液的电池的制作方法

文档序号:11064395阅读:1247来源:国知局

本发明涉及锂电池领域,具体是一种电解液。



背景技术:

电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂离子电池的“血液”,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(如六氟磷酸锂,LiFL6)、必要的添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成的。

有机溶剂是电解液的主体部分,与电解液的性能密切相关,一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用。

电解液可分为液体电解液和固体聚合物,固体聚合物电解质一般可分为干形固体聚合物电解质(SPE)和凝胶聚合物电解质(GPE)。SPE固体聚合物电解质主要还是基于聚氧化乙烯(PEO),其缺点是离子导电率较低,在100℃下只能达到10-40cm。在SPE 中离子传导主要是发生在无定形区,借助聚合物链的移动进行传递迁移。此外加入无机复合盐也能提高离子导电率。在固体聚合物电解质中加入高介电常数低相对分子质量的液态有机溶剂如PC 则可大大提高导电盐的溶解度,所构成的电解质即为GPE凝胶聚合物电解质,它在室温下具有很高的离子导电率,但在使用过程中会发生析液而失效。



技术实现要素:

本发明的目的在于:针对上述的问题公开了一种凝胶聚合物锂离子电解液,采取的具体方案如下:

本发明公开了一种凝胶聚合物锂离子电解液,包括无机盐、有机溶剂、聚合物、交联剂、引发剂,其特征在于,所述的聚合物单体原料包括一种含苯环结构的二元酸单体和两种二胺单体。

作为优选,所述的含苯环结构的二元酸选自:对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2,2'-联苯二甲酸、4,4'-联苯二羧酸;4-氯邻苯二甲酸、5-甲基间苯二酸。

作为优选,所述的两种二胺单体选自:1,2-丙二胺体、乙二胺、四甲基丙二胺、N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺、2-甲基-1,4-苯二胺、1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺、2-甲基对苯二胺、对苯二胺、4-氯-1,2-苯二胺、4-硝基邻苯二胺、间苯二胺、5-三氟甲基-1,3-苯二胺、4-溴-1,2-苯二胺、3-硝基-1,2-苯二胺。

进一步的,所述的聚合物的原料中还包括所述的含苯环结构的二元酸分别和所述的两种单体预聚合形成的预聚物,即在原料中包括含苯环结构的二元酸单体、两种二胺单体、含苯环结构的二元酸和两种二胺单体分别预聚合形成的预聚物。

其中,所述的预聚物的的所述的预聚物的分子量小于50000,作为优选分子量小于30000

所述的无机盐选自:LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3。

进一步的,所述的有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、甲酯、丁烯碳酸酯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯。

进一步的,所述的交联剂优选二乙烯基苯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

本发明同时公开了一种锂离子电池,包括正极材料、负极材料、锂离子隔膜以及电解液,所述的电解液为本发明提供的电解液,所述的正极材料、负极材料、锂离子隔膜为常规的材料。

本发明同时公开了一种锂离子电池的制备方法,按照如下的方法制备:

将锂离子溶剂、交联剂、引发剂、一种含苯环结构的二元酸单体和两种二胺单体依据上述二元酸单体分别和两种二胺单体预聚合的预聚物按照比例混合,搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在30℃-70℃下聚合形成胶体。

本发明的凝胶聚合物通过单体和预聚合聚合而成,兼具刚性和韧性,其对很锂盐具有很强的载体能力,以及对锂离子具有很强的包裹能力,离子电导率高,低温性能好,工作温度范围宽,与负极材料适配性好。

具体实施方式

具体实施例1:

将对苯二甲酸分别和1,2-丙二胺体、乙二胺按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将碳酸乙烯酯锂离子溶剂、交联剂二乙烯基苯、引发剂、对苯二甲酸和1,2-丙二胺体、乙二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在60℃-70℃下聚合形成胶体。

其中各组分的重量份如下:

锂离子溶剂:100份(1.15mol/L,锂盐为LiBF4)、对苯二甲酸单体10份;1,2-丙二胺体、乙二胺按照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

具体实施例2:

将间苯二甲酸分别和四甲基丙二胺、N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺、按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将碳酸丙烯酯锂离子溶剂、交联剂二乙烯基苯、引发剂、间苯二甲酸单体和四甲基丙二胺、N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在30℃-70℃下聚合形成胶体。

其中各组分的重量份如下:

锂离子溶剂:100份(1.8mol/L,锂盐为LiClO4)、间苯二甲酸单体10份;四甲基丙二胺、N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

具体实施例3:

将邻苯二甲酸分别和1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将碳酸二甲酯锂离子溶剂、交联剂二乙烯基苯、引发剂、邻苯二甲酸和1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在35℃下聚合形成胶体。

锂离子溶剂:100份(1.7mol/L, LiAsF6)、邻苯二甲酸单体10份;1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

具体实施例4:

将5-甲基间苯二酸分别和2-甲基-1,4-苯二胺、1,3-丙二胺按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将丁烯碳酸酯、引发剂、5-甲基间苯二酸和2-甲基-1,4-苯二胺、1,3-丙二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在0℃下聚合形成胶体。

锂离子溶剂:100份(1.5mol/L,锂盐为LiCF3SO3)、5-甲基间苯二酸单体10份;2-甲基-1,4-苯二胺、1,3-丙二胺照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

具体实施例5:

将4-氯邻苯二甲酸分别和1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将碳酸乙烯酯锂离子溶剂、交联剂二乙烯基苯、引发剂、4-氯邻苯二甲酸和1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在60℃下聚合形成胶体。

锂离子溶剂:100份(1.8mol/L,锂盐为LiClO4)、4-氯邻苯二甲酸单体10份;1,3-丙二胺、二硬脂酰乙二胺照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

具体实施例6:

将5-甲基间苯二酸分别和4-溴-1,2-苯二胺、3-硝基-1,2-苯二胺按照摩尔比为1:1的比例聚合形成两种预聚体,所述的预聚体的分子量控制在小于3000即可。

将碳酸丙烯酯锂离子溶剂、交联剂二乙烯基苯、引发剂、5-甲基间苯二酸和4-溴-1,2-苯二胺、3-硝基-1,2-苯二胺按照比例混合。

搅拌均匀、在室温下,用真空注液设备使其浸润渗透到隔膜和正负极材料中;密封上述混合,并在充分浸润隔膜1小时以上;在35℃下聚合形成胶体。

锂离子溶剂:100份(1.8mol/L,锂盐为LiAsF6)、5-甲基间苯二酸单体10份;4-溴-1,2-苯二胺、3-硝基-1,2-苯二胺照摩尔比为1:1总重量为10份;两种预聚物分别为10份和正常量的交联剂和引发剂。

对电解液的性能测定如下:

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