掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质及制备方法、应用与流程

本发明涉及电解液，特别是一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质及制备方法、应用
背景技术：
目前广泛使用的液态电解质产生的漏液、电解质氧化分解及热失控等引起的燃烧、爆炸是电池的主要安全隐患。特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视，由于聚合物网络的存在，部分电解液可以被吸收，电池中可流动的电解液组份降低，电解液泄露风险降低，电池安全性提升。同时，电池界面良好，电池电化学性能稳定。现有技术中，聚合物在交联过程中，无法均匀形成网络结构，导致电解液分布不均，无法保证电芯的性能。另外，交联过程中，需要使用造孔剂，利用造孔剂的挥发性能，在聚合反应过程中，通过干燥加热等方式使得造孔剂的挥发从而产生具有孔隙网络结构。例如中国公开专利cn101938013 a中，记载了一种聚合物电解质及其制备方法，其中，制备多孔母基质膜的方法为，：将第一聚合物溶液涂覆在所述多孔基体的至少一个表面上，所述第一聚合物溶液含有第一聚合物和第一溶剂；去除第一溶剂，从而形成附着在所述多孔基体上的多孔母基质膜；所述去除第一溶剂的方法可以为本领域技术人员所公知的方法。具体的，可以采用干燥的方法去除所述第一溶剂，所述干燥的温度可以为20-200℃，优选为20-100℃ ；所述干燥的时间可以根据溶剂的含量以及挥发性进行确定，一般可以为0.1-600分钟，优选为10-300 分钟。由此可见，现有技术中制备多孔网络结构的方式，存在以下问题：1、造孔过程中需要挥发造孔剂，从而浪费大量的造孔剂，且挥发过程中需要增加热源，不仅增加生产成本还增加能源损耗，对工业生产性企业来说将极大地提高生产成本；2、聚合物交联先形成空隙网络结构，再将氧化物负载在网络结构中，无法形成均匀的网格结构；3、聚合物电解质用于锂离子电池，常温循环800周以后容量保持率较低。

背景技术

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质及制备方法、应用。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，包括有多孔聚合物网络结构和半固态电解液基液；半固态电解液基液分布在多孔聚合物网络结构的表面及部分空隙内；

3、所述多孔聚合物网络结构为，由聚合物单体和氧化物交联形成的膜层结构；

4、所述聚合物单体为季戊四醇三丙烯酸酯；所述多孔氧化物为二氧化硅、二氧化锆中的一种或两种；

5、本发明还提供一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，包括有如下步骤：

6、1）制备半固态电解液基液；

7、2）在步骤1）制备的半固态电解液基液中加入聚合物单体和多孔氧化物，搅拌10-20mim；

8、3）聚合物单体和多孔氧化物交联形成多孔聚合物网络结构，半固态电解液基液分布在多孔聚合物网络结构的表面及部分空隙内；

9、所述步骤1）中，制备半固态电解液基液的步骤包括有：在室温下，手套箱中，配置由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯组成的混合有机溶剂；将锂盐溶解到混合有机溶剂中，混合有机溶剂和锂盐的重量比为5～10：1；

10、所述步骤1）中，半固态电解液基液中还添加有功能添加剂，包括氟代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯；

11、所述锂盐为双氟磺酰胺锂。

12、上述的掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质用于软包或方壳半固态锂离子电池。

13、更进一步的技术方案是。

14、本发明具有以下优点：

15、1、本发明掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，掺杂多孔的无机氧化物颗粒，利用聚合物单体和氧化物的交联，氧化物可以起到骨架的作用，使电解液在化学交联过程中形成均匀的网络结构；

16、2、本发明优选的选用季戊四醇三丙烯酸酯作为聚合物单体，其分子内还有一个侧链羟基，羟基的存在一方面增强了分子的极性，降低了挥发性，另一方面，可以作为反应位点，通过接枝的方法连接到其他材料上，用于复合材料的制备，使得能够与氧化硅、氧化锆交联复合形成网络结构，而不需要使用挥发性的有机溶剂作为成孔剂，极大的节约了溶剂浪费生产成本；

17、3、半固态电解液基液为透明液态，半固态电解液基液在多孔聚合物表面形成后，能够均匀分布在多孔聚合物网络结构的表面及部分空隙内。

技术特征：

1.一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，其特征在于：包括有多孔聚合物网络结构和半固态电解液基液；半固态电解液基液分布在多孔聚合物网络结构的表面及部分空隙内。

2.根据权利要求1所述的掺杂氧化物多孔材料的半固态锂离子电解质，其特征在于：所述多孔聚合物网络结构为，由聚合物单体和氧化物交联形成的膜层结构。

3.根据权利要求2所述的掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，其特征在于：所述聚合物单体为季戊四醇三丙烯酸酯；所述多孔氧化物为二氧化硅、二氧化锆中的一种或两种。

4.一种权利要求1-3任一项所述掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质的制备方法，其特征在于，包括有如下步骤：

5.根据权利要求1所述的掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，制备半固态电解液基液的步骤包括有：在室温下，手套箱中，配置由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯组成的混合有机溶剂；将锂盐溶解到混合有机溶剂中，混合有机溶剂和锂盐的重量比为5～10：1。

6.根据权利要求3所述的掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，半固态电解液基液中还添加有功能添加剂，包括氟代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯。

7.根据权利要求3所述的掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质制备方法，其特征在于，所述锂盐为双氟磺酰胺锂。

8.一种权利要求1-3项任一项所述半固态电解质的应用，其特征在于：用于软包或方壳半固态锂离子电池。

技术总结
本发明公开了一种掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，包括有多孔聚合物网络结构和半固态电解液基液；半固态电解液基液分布在多孔聚合物网络结构的表面及部分空隙内；本发明掺杂氧化物多孔材料的半固态电解质，孔的无机氧化物颗粒掺杂多，利用聚合物单体和氧化物的交联，氧化物可以起到骨架的作用，使电解液在化学交联过程中形成均匀的网络结构。

技术研发人员：孔东波,邵俊华,宋东亮,王亚洲,韩飞,李渠成,张利娟,李海杰,施艳霞,司雅楠,郭飞,王郝为,闫国锋
受保护的技术使用者：河南省法恩莱特新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13