一种复合凝胶电解质及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种复合凝胶电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来储能行业蓬勃发展，其中以锂离子电池为主体的电化学储能更是发展迅猛，随之而来的是对锂离子电池安全性要求的不断提高。锂离子电池所用电解质一般分为液态、固态和凝胶态。目前，商业化锂离子电池所采用的液态电解液存在较大安全隐患，近年来液态锂离子电池储能电站发生多次安全事故，其燃烧或爆炸的根源是液态电解液。全固态电解质虽然安全性高，但是室温电导率低，远远不能达到实际应用的需求。相比之下，凝胶电解质兼具液体电解液的高离子电导率，并且减少了游离态溶剂，进而降低了电解液泄漏的风险，减少了电池系统燃烧爆炸的可能性，极大程度提高了锂离子电池的安全性。

2、然而目前大多数凝胶电解质采用原位聚合法和涂布热压法等方法制备，工艺复杂、能耗高，同时使用大量引发剂、稳定剂，使得其研究仍处于实验室阶段，难以真正大规模应用。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

2、cn112786961a公开了一种生物质基凝胶电解质、锂离子电池及制备方法、应用。该生物质基凝胶电解质包括生物质、有机溶剂和锂盐；采用该生物质基凝胶电解质制得的锂离子电池不仅安全性高，还具有较好的电化学性能，且该发明中生物质基凝胶电解质和锂离子电池的制备方法简单，成本低；但制备过程需要加热，能耗较高，且寒天在有机溶剂中的溶解度较差。

3、cn115124641a公开了一种凝胶电解质、其前驱体及锂离子电池。该凝胶电解质与极片之间的界面阻抗低、导电率高；制备该凝胶电解质所用的凝胶前驱体无须引发剂发生聚合，直接溶解在电解液中阳离子聚合即可形成凝胶电解质，操作简单。然而上述凝胶电解质的制备过程需要稳定剂，所述凝胶前驱体聚合形成凝胶需要40至50℃加热且聚合反应的时间较长为15至30小时，大大增加了其成本。

4、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种复合凝胶电解质，在凝胶电解质中添加玄武岩纤维粉作为增强填料，增强了凝胶电解质的热稳定性及其对锂枝晶的抑制效果；添加的电解液中的溶剂和锂盐可以作为增塑剂降低凝胶剂的结晶度，同时与凝胶剂形成凝胶相，提高该复合凝胶电解质的离子电导率；该凝胶电解质具有一定流动性，可以采用注液的方法构建电池，降低电池装配过程中的工艺难度。

5、本发明实施例的复合凝胶电解质，包括凝胶剂、玄武岩纤维粉和电解液。

6、本发明实施例的复合凝胶电解质带来的优点和技术效果；1、本发明实施例中，添加玄武岩纤维粉增强填料，可以在凝胶电解质内部形成微观的三维结构，增强了凝胶电解质的热稳定性及其对锂枝晶的抑制效果；2、本发明实施例中，添加了电解液，电解液中的溶剂和锂盐可作为增塑剂降低凝胶剂的结晶度，同时与凝胶剂形成凝胶相，提升凝胶电解质的离子电导率；3、本发明实施例中，复合凝胶电解质的均匀性、稳定性好，体系的粘度不会随时间延长发生凝固或沉淀，流动性适中，非常适合在半固态锂离子电池中的应用，能够降低电池装配过程中的工艺难度。

7、在一些实施例中，所述复合凝胶电解质中，所述凝胶剂的质量百分含量为5～20％，所述玄武岩纤维粉的质量百分含量为15～80％，所述电解液的质量百分含量为15～80％。

8、在一些实施例中，所述凝胶剂包括聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

9、在一些实施例中，所述玄武岩纤维粉的粒径为1～100μm。

10、本发明实施例还提供了一种复合凝胶电解质的制备方法，包括将凝胶剂与玄武岩纤维粉加入电解液中，搅拌处理。

11、本发明实施例的复合凝胶电解质的制备方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例的方法，在制备过程中无需使用大量引发剂和稳定剂，能够大幅度降低生产成本；2、本发明实施例的方法，工艺简单、能耗低，便于在工业生产中的大规模应用。

12、在一些实施例中，所述制备方法还包括在所述搅拌处理后再进行超声振荡处理。

13、本发明实施例还提供了一种半固态锂离子电池，包括上述的复合凝胶电解质或上述的方法制得的复合凝胶电解质。

14、本发明实施例的半固态锂离子电池带来的优点和技术效果，本发明实施例中的半固态锂离子电池具有本发明实施例的复合凝胶电解质的全部技术特征，因此具有本发明实施例的复合凝胶电解质带来的全部优点和技术效果，在此不再赘述。

15、在一些实施例中，所述半固态锂离子电池还包括正极、负极和网状多孔隔膜。

16、在一些实施例中，所述正极包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂、钴酸锂中的至少一种；所述负极包括石墨、生物质碳、钛酸锂、氧化硅碳复合材料、硅碳复合材料、金属锂、金属锂合金、金属锂复合材料中的至少一种。

17、在一些实施例中，所述网状多孔隔膜包括尼龙网、玻璃纤维网、聚酯纤维网、蚕丝网、棉丝网聚丙烯膜、聚乙烯膜中的至少一种。

技术特征：

1.一种复合凝胶电解质，其特征在于，包括凝胶剂、玄武岩纤维粉和电解液。

2.根据权利要求1所述的复合凝胶电解质，其特征在于，所述复合凝胶电解质中，所述凝胶剂的质量百分含量为5～20％，所述玄武岩纤维粉的质量百分含量为15～80％，所述电解液的质量百分含量为15～80％。

3.根据权利要求1或2所述的复合凝胶电解质，其特征在于，所述凝胶剂包括聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的复合凝胶电解质，其特征在于，所述玄武岩纤维粉的粒径为1～100μm。

5.一种权利要求1～4中任一项所述的复合凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括将凝胶剂与玄武岩纤维粉加入电解液中，搅拌处理。

6.根据权利要求5所述的复合凝胶电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述搅拌处理后再进行超声振荡处理。

7.一种半固态锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的复合凝胶电解质或权利要求5～6任一项所述的方法制得的复合凝胶电解质。

8.根据权利要求7所述的半固态锂离子电池，其特征在于，还包括正极、负极和网状多孔隔膜。

9.根据权利要求8所述的半固态锂离子电池，其特征在于，所述正极包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂、钴酸锂中的至少一种；所述负极包括石墨、生物质碳、钛酸锂、氧化硅碳复合材料、硅碳复合材料、金属锂、金属锂合金、金属锂复合材料中的至少一种。

10.根据权利要求8或9所述的半固态锂离子电池，其特征在于，所述网状多孔隔膜包括尼龙网、玻璃纤维网、聚酯纤维网、蚕丝网、棉丝网聚丙烯膜、聚乙烯膜中的至少一种。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合凝胶电解质及其制备方法和应用。本发明提供的复合凝胶电解质，包括凝胶剂、玄武岩纤维粉和电解液。在凝胶电解质中添加玄武岩纤维粉作为增强填料，增强了凝胶电解质的热稳定性及其对锂枝晶的抑制效果；添加的电解液中的溶剂和锂盐可以作为增塑剂降低凝胶剂的结晶度，同时与凝胶剂形成凝胶相，提高该复合凝胶电解质的离子电导率；该凝胶电解质具有一定流动性，可以采用注液的方法构建电池，降低电池装配过程中的工艺难度。

技术研发人员：周天易,王晓龙,徐若晨,刘明义,黄茹玲,孙周婷,张江涛,王佳运
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13