一种聚合单体、固体电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备与流程

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及一种聚合单体、固体电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备。

背景技术：

1、锂电池热失控是导致锂电池燃爆安全事故的主要原因，单个电池发生热失控后容易导致多米诺骨牌效应，最终导致电动汽车、储能电站出现火灾甚至爆炸，因此，锂电池热失控的防范和控制是保障电池安全使用的关键。

2、现有的电解质材料无法满足锂离子电池，尤其是固态电池高热安全的要求。其中，固态电解质与电极材料之间的界面接触不稳定，固态电解质与电极的接触由电解液体系下的液-固接触变成固-固接触，固态电解质材料极易发生局部裂纹，与电极的界面会恶化，破坏界面结构，影响电池热安全稳定性，当界面膜分解后，电解液与负极活性材料发生放热反应，同时锂盐也会与电解液发生剧烈的放热反应。这些反应产生的热量和气体将进一步推动电池的热失控进程。

3、因此，为了满足高热安全的要求，需要对固态电解质材料的结构作进一步的优化和改进。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种聚合单体、固体电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本申请第一方面提供一种聚合单体，其结构式为：

3、

4、其中，r0选自饱和烷基、不饱和烷基、芳香基或含非碳原子基的基团；

5、r1、r2、r3、r4、r5、r6各自独立的选自丙烯酸基或羟基。

6、可选的，所述的聚合单体满足以下条件中的至少一个：

7、a.所述饱和烷基包括其中，n1为1-10的任意正整数；

8、b.所述不饱和烷基包括和/或

9、c.所述芳香基包括和/或

10、d.所述含非碳原子基团选自

11、其中，n2、n3、n4、n5、n6各自独立的为1-10的任意正整数；

12、e.所述r1-r6为所述丙烯酸基的总数量为4-6。

13、本申请第二方面提供一种所述的聚合单体的制备方法，包括：

14、将3,3-双羟甲基-1,3丙二醇、丙烯酸、催化剂进行第一混合，第一反应得到丙烯酸多元醇酯前驱物；

15、将所述丙烯酸多元醇酯前驱物、二磺酸化合物进行第二混合，第二反应得到聚合单体。

16、可选的，所述的聚合单体的制备方法满足以下条件中的至少一个：

17、a.所述3,3-双羟甲基-1,3丙二醇、所述丙烯酸的摩尔比为1：2-4；

18、b.所述催化剂的质量为所述3,3-双羟甲基-1,3丙二醇和所述丙烯酸总质量的0.2％-2％；

19、c.所述丙烯酸多元醇酯前驱物和所述二磺酸化合物的摩尔比为1.8-2.2：1；

20、d.所述第一反应的温度为50℃-90℃，时间为2h-12h；

21、e.所述第二反应的温度为50℃-90℃，时间为2h-12h；

22、f.所述催化剂包括二月桂酸二丁基；

23、g.所述二磺酸化合物包括1,3-丙二磺酸、1,4-丁二磺酸、1,4-哌嗪二乙磺酸、1,4-哌嗪二丙磺酸、1,4-苯二磺酸或者2,6-萘二磺酸中的一个或多个。

24、本申请第三方面提供一种固态电解质，其原料按质量份数计，包括：

25、电解液95份-99份、聚合单体1份-5份、引发剂0.003份-0.15份；

26、所述聚合单体包括所述的聚合单体或者由所述的聚合单体的制备方法制备得到；

27、所述电解液的原料包括电解质锂盐和有机溶剂。

28、可选的，所述的固态电解质满足以下条件中的至少一个：

29、a.所述电解质锂盐包括碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯中的一个或多个；

30、b.所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一个或多个；

31、c.所述电解液的原料按总质量为100％计，包括：

32、电解质锂盐10％-20％、有机溶剂80％-90％；

33、d.所述引发剂包括偶氮类化合物；

34、e.所述固态电解质的粘度为2mpas-7mpas。

35、本申请第四方面提供一种所述的固态电解质的制备方法，包括：

36、将所述固态电解质的原料进行第三混合，制备得到固态电解质。

37、可选的，所述的固态电解质的制备方法满足以下条件中的至少一个：

38、a.所述第三混合的相对湿度小于等于2％；

39、b.所述第三混合的露点温度小于等于-40℃。

40、本申请第五方面提供一种锂离子电池，包括所述的固态电解质或者由所述的固态电解质的制备方法制备得到。

41、本申请第六方面提供一种用电设备，包括所述的锂离子电池。

42、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

43、本申请提供的聚合单体，首先，含有磺酸酯结构，该磺酸酯结构具有较低的还原电位，能够在电池充放电循环的初期，优先于电解液中的其他组分在电极表面还原分解，从而有助于sei膜的形成，这种优先还原的特性使得磺酸酯类基团在sei膜的形成过程中发挥关键作用；其次，两个磺酸酯基团可在聚合单体较少的添加量下也能转化成有机固态电解质，聚合单体高效交联成三维网络，使电解质粘度较低，能减少粘度上升带来的界面浸润问题，提高电解质材料对电极的有效界面接触，提高固态电池的界面稳定性，进而提高电池的热安全性能；然后，磺酸酯基团的引入可以显著改善sei界面膜的质量，磺酸酯基团能够与电极表面的活性物质(主要为负极活性物质)发生电化学反应，生成稳定的化合物，生成的化合物能够牢固地附着在电极表面，形成一层致密且稳定的sei界面膜，在热累积前期能抑制sei界面膜分解的程度及其释放的热量，这层sei膜能够有效阻止溶剂分子和电解质盐对电极的进一步侵蚀，还能够降低电极与电解液之间的副反应，提高电池的安全性能。

44、本申请提供的聚合单体的制备方法，操作简单。

45、本申请提供的固体电解质，具有高离子电导的离子传输性能。

46、本申请提供的固体电解质的制备方法，操作简单。

47、本申请提供的锂离子电池和用电设备，在大倍率充放电中展现良好的倍率性能，电化学性有显著提升。

技术特征：

1.一种聚合单体，其特征在于，其结构通式为：

2.根据权利要求1所述的聚合单体，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

3.一种权利要求1或2所述的聚合单体的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的聚合单体的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

5.一种固态电解质，其特征在于，其原料按质量份数计，包括：

6.根据权利要求5所述的固态电解质，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

7.一种权利要求5或6所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求5或6所述的固态电解质或者由权利要求7或8所述的固态电解质的制备方法制备得到。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结
本申请提供一种聚合单体、固体电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备，涉及锂离子电池技术领域。聚合单体的结构式为：其中，R<subgt;0</subgt;选自饱和烷基、不饱和烷基、芳香基、含非碳原子基；R<subgt;1</subgt;、R<subgt;2</subgt;、R<subgt;3</subgt;、R<subgt;4</subgt;、R<subgt;5</subgt;、R<subgt;6</subgt;各自独立的包括丙烯酸基或羟基。聚合单体高效交联成三维网络，聚合单体能提高电池的热安全性能，还能够降低电极与电解液之间的副反应。

技术研发人员：李俊焕,周云,杨成林,李子坤,黄友元
受保护的技术使用者：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10