一种凝胶电解质及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种凝胶电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车的快速发展，传统动力电池体系难以满足10年后对能量密度的需求。而且，新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加，其中，电池自燃占事故原因的31％。自燃原因是由于锂电池内部或者外部短路后，短时间内电池释放出大量的热量，温度极剧升高，导致热失控。而易燃性的液态电解液在高温下会被点燃，最终导致电池起火或爆炸。

2、固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好的适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业和科学界的共识。但现有凝胶电解质需要在一定的温度下反应一段时间才能固化，固化时间比较长，严重影响了其产业化生产。因此，有必要对凝胶电解质进行研究改进。

技术实现思路

1、本技术提供一种凝胶电解质及其制备方法和应用，旨在解决现有凝胶电解质固化时间长，生产效率低的问题。

2、本技术的第一方面，提供一种凝胶电解质，包括电解液和结构式(i)所示聚合物，

3、

4、其中，1≤x≤6，5≤m≤500，1≤n≤5。

5、根据本技术所述凝胶电解质的一些实施方式，所述凝胶电解质还包括引发剂。

6、根据本技术所述凝胶电解质的一些实施方式，所述电解液包括三元电解液。

7、根据本技术所述凝胶电解质的一些实施方式，所述引发剂包括过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或两种。

8、根据本技术所述凝胶电解质的一些实施方式，所述聚合物和所述电解液的质量比为(0.03-0.05)：1。

9、根据本技术所述凝胶电解质的一些实施方式，所述引发剂和所述电解液的质量比为(0.008-0.12)：1。

10、本技术所述凝胶电解质具有较高的离子电导率、较优的浸润效果，且在制备半固态电池时无需固化。

11、本技术的第二方面，提供一种本技术第一方面所述凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)对三官能度的三丙烯酸酯进行处理，得到二官能度的三丙烯酸酯；

13、(2)将所述二官能度的三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和烷基硫醇混合反应，得到式(i)所示聚合物；

14、(3)将式(i)所示聚合物和电解液混合，得到所述凝胶电解质。

15、本技术所述制备方法将三官能度的三丙烯酸酯转变为二官能度的三丙烯酸酯可降低产物的硬度，提高凝胶电解质的离子电导率，再与聚乙二醇二丙烯酸酯进行反应，可进一步提高离子电导率，优化电解质的浸润性。

16、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述三官能度的三丙烯酸酯包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

17、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述对三官能度的三丙烯酸酯进行处理的步骤包括：将三官能度的三丙烯酸酯和烷基硫醇混合进行第一反应，得到二官能度的三丙烯酸酯。

18、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述烷基硫醇包括丁硫醇、丙硫醇和乙硫醇中的一种或多种。

19、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述三官能度的三丙烯酸酯和所述烷基硫醇的摩尔比为1：(0.1-2)。

20、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第一反应的温度为15-35℃，所述第一反应的时间为0.5-2h。

21、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第一反应在第一溶剂中进行。

22、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第一溶剂包括二氧五环、二氧己环和四氢呋喃中的一种或多种。

23、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述三官能度的三丙烯酸酯和所述第一溶剂的摩尔比为1：(3-10)。

24、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第一反应在第一催化剂存在的条件下进行。

25、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第一催化剂包括二甲基苯基磷。

26、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述三官能度的三丙烯酸酯和所述第一催化剂的摩尔比为1：(0.005-0.05)。

27、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的数均分子量为170-350。

28、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述二官能度的三丙烯酸酯和所述聚乙二醇二丙烯酸酯的摩尔比为1：(0.01-5)。

29、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述二官能度的三丙烯酸酯和所述聚乙二醇二丙烯酸酯的摩尔比为1：(0.25-4)。

30、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述二官能度的三丙烯酸酯和所述烷基硫醇的摩尔比为1：(0.5-1.5)。

31、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述混合反应的温度为15-35℃，所述混合反应的时间为0.5-4h。

32、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，步骤(2)中，所述混合反应在第二溶剂中进行。

33、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第二溶剂包括dmf和/或二甲基乙酰胺。

34、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述二官能度的三丙烯酸酯和所述第二溶剂的摩尔比为1：(5-15)。

35、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，步骤(2)中，所述混合反应在第二催化剂存在的条件下进行。

36、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述第二催化剂包括二甲基苯基磷。

37、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述二官能度的三丙烯酸酯和所述第二催化剂的摩尔比为1：(0.005-0.05)。

38、根据本技术所述凝胶电解质制备方法的一些实施方式，所述凝胶电解质的制备包括以下步骤：

39、将单体m1三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)和烷基硫醇反应生成单体m2(bs-tmpta)，实现将三官能度的三丙烯酸酯处理转化成二官能度的三丙烯酸酯；将单体m2、烷基硫醇和聚乙二醇二丙烯酸酯反应生成线性聚合物；将所述线性聚合物加入三元电解液中，制备得到凝胶电解质。

40、具体反应式如下所示：

41、

42、其中1≤x≤6，5≤m≤500，1≤n≤5。

43、本技术的第三方面，提供一种半固态电池，包括本技术第一方面所述凝胶电解质或本技术第二方面所述制备方法得到的凝胶电解质。

44、本技术所述半固态电池因含有所述凝胶电解质，无需固化，简化了半固态电池的制备工艺，并且在静置过程中如有未参与凝胶的单体可以在电池化成过程中进一步凝胶化，提高了凝胶电解质的固化完全度，进而提升了电池的电性能及安全性。