【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰電池，具體涉及一種基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著全球對能源的需求不斷上升，電動汽車和可再生能源的存儲技術正變得越來越重要。盡管鋰金屬負極曾因枝晶問題導致的安全隱患而被忽視，但考慮到其低電位(-3.04v相對于標準氫電極)和高比容量(3860mah/g)，研究人員重新對其產生了興趣。電解液的配方對于電池的性能、循環壽命和安全性至關重要，因此成為了研究的重點。傳統的碳酸酯類電解液在高電壓和熱穩定性方面存在不足，這就要求開發新型的、與鋰金屬負極和高壓正極兼容的、不易燃的電解液。為了解決這些問題，研究人員開始將目光轉向固態和凝膠態電解質。凝膠聚合物電解質(gpe)作為一種介于固態和液態之間的電解質，具有良好的柔韌性、機械強度、離子導電性和較高的安全性，被認為是替代傳統液態電解液的理想選擇。然而，現有的凝膠聚合物電解質大多基于碳酸酯類溶劑，這類溶劑在高溫下容易分解，且電化學窗口較窄，難以滿足高性能鋰離子電池的需求。
2、砜基化合物，作為一種高性能的溶劑，其在電化學領域的應用潛力日益受到研究人員的重視。這種化合物具有一系列顯著的特性，包括較高的電化學穩定窗口，這意味著它能夠在較寬的電壓范圍內保持穩定，不易發生分解，從而提高了電池的安全性和穩定性。同時，砜基化合物展現出良好的離子導電性，這對于電解質來說至關重要，因為它能夠有效提高電池的充放電效率和整體性能。此外，砜基化合物的阻燃性也是其一大亮點，這在一定程度上降低了電池在極端條件下發生火災的風險。
3、基于砜基
4、然而，盡管前景廣闊，目前關于砜基電解液的凝膠聚合物電解質的研究仍然處于起步階段。在實際的研究和開發過程中，研究人員遇到了一些挑戰和問題。首先，現有的砜基凝膠聚合物電解質在離子導電性方面存在不足，這可能是由于聚合物基質與砜基電解液的相互作用不強，導致離子傳輸效率低下。其次，界面相容性差是另一個亟待解決的問題，凝膠聚合物電解質與電極材料之間的不良界面相容性會導致界面阻抗增大，影響電池的循環穩定性和倍率性能。此外，如何在保持砜基化合物阻燃性的同時，進一步提高電解質的離子導電性和機械性能，也是研究人員需要克服的技術難題。
5、因此，為了克服現有挑戰，研究人員正在尋求開發一種新型凝膠聚合物電解質，它應該易于制備、具有低電阻、良好的潤濕性、高離子電導率、高氧化電位(以適應高電壓正極)、并且具有與砜基電解液體系的兼容性。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質及其制備方法和在電池中的應用。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，包括如下步驟：
4、s1、將鋰鹽與砜基有機溶劑混合，然后向鋰鹽和砜基的混合液中加入弱溶劑化溶劑，得到基礎電解液，即砜基阻燃電解液；
5、s2、按照預設比例將單體和自由基引發劑溶解在步驟s1所得基礎電解液中，形成前驅體溶液；
6、s3、將前驅體溶液組裝在電池中，在60-80℃下加熱4-24h，即得凝膠聚合物電解質。
7、所述步驟s1中基礎電解液中的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(簡稱：litfsi)、雙氟磺酰亞胺鋰鹽(簡稱：lifsi)、六氟磷酸鋰、二氟磷酸鋰、硝酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰(簡稱：lidfob)、二草酸硼酸鋰、三氟甲磺酸鋰鹽中的一種或幾種。
8、所述步驟s1中基礎電解液中的砜基有機溶劑為二甲基砜(簡稱：dms)、二甲基亞砜(簡稱：dmso)、乙基甲基砜(簡稱：ems)、3-甲基環丁砜(簡稱：msl)和環丁砜(簡稱：sl)中的一種或幾種。
9、所述步驟s1中加入的弱溶劑化溶劑為溴苯、六氟苯、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚(簡稱：hfe)、雙(2,2,2-三氟乙基)醚(簡稱：btfe)、甲基九氟丁醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(簡稱：tte)、六氟環三磷腈、乙氧基(五氟)環三磷腈、甲基三氟乙基碳酸酯(簡稱：femc)中的一種或幾種。
10、所述步驟s1中加入的砜基有機溶劑與弱溶劑化溶劑的體積比為2:1-1:4；所述基礎電解液中鋰鹽的濃度為1-3mol/l。
11、所述步驟s2中加入的單體為n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺(簡稱：mba)、甲基丙烯酸甲酯(簡稱：mma)、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(簡稱：etpta)、季戊四醇四丙烯酸酯(簡稱：petea)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(簡稱：pegdma)、六氟丙烯酸丁酯(簡稱：hfba)、異丙烯基磷酸二乙酯、乙烯基磷酸二乙酯中的一種或幾種。
12、所述步驟s2中加入的自由基引發劑為偶氮二異丁腈(簡稱：aibn)、過氧化環己酮、偶氮二異庚腈、叔丁基過氧化氫、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種。
13、所述步驟s2中加入的單體、自由基引發劑、基礎電解液三者的質量配比為(1％-10％)：(0.1％-0.5％)：(89.5％-98.9％)。
14、一種根據上述制備方法所得到的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質。
15、一種根據上述制備方法所得到的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質在電池中的應用，所述電池包括高壓正極、負極、隔膜和上述凝膠聚合物電解質；所述高壓正極為ncm811，負極為鋰金屬、石墨、中間相炭微球中的一種或幾種。
16、本專利技術技術方案，具有如下優點：
17、a、本專利技術利用原位聚合技術，使得聚合物骨架與砜基電解液能夠更加均勻地混合，從而提高了電解質的離子導電性和界面相容性，有效降低了凝膠聚合物電解質與電極材料之間的界面阻抗，改善了電池的倍率性能和循環穩定性。由于弱溶劑化溶劑的貢獻，使得電解質呈現出陰離子為主的溶劑化結構，生成的富無機界面層有利于穩定高壓正極的相變，同時抑制金屬鋰枝晶生長或石墨負極的共插層行為。通過采用高極性，高熱穩定性的砜基溶劑有助于在電池體系中兼具較好的電性能和安全性。
18、b、本專利技術所設計的電解質體系在高壓ncm811||li電池中實現了高性能，同時在組裝的li||li對稱電池中展現出優異的循環性能，凸顯了其對鋰金屬良好的兼容性，能夠抑制鋰枝晶的生長。
19、c、本專利技術構建了獨特的富陰離子溶劑化結構，有助于形成穩定的固體電解質界面膜(sei)，從而提高電池的循環穩定性和壽命。
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1.一種基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟S1中基礎電解液中的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、六氟磷酸鋰、二氟磷酸鋰、硝酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、三氟甲磺酸鋰鹽中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟S1中基礎電解液中的砜基有機溶劑為二甲基砜、二甲基亞砜、乙基甲基砜、3-甲基環丁砜和環丁砜中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質質制備方法，其特征在于，所述步驟S1中加入的弱溶劑化溶劑為溴苯、六氟苯、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚、雙(2,2,2-三氟乙基)醚、甲基九氟丁醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、六氟環三磷腈、乙氧基(五氟)環三磷腈、甲基三氟乙基碳酸酯中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質質制備方法
6.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟S2中加入的單體為N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、六氟丙烯酸丁酯、異丙烯基磷酸二乙酯、乙烯基磷酸二乙酯中的一種或幾種。
7.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟S2中加入的自由基引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化環己酮、偶氮二異庚腈、叔丁基過氧化氫、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種。
8.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟S2中加入的單體、自由基引發劑、基礎電解液三者的質量配比為(1％-10％)：(0.1％-0.5％)：(89.5％-98.9％)。
9.一種根據權利要求1-8任一項所述的制備方法所得到的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質。
10.一種根據權利要求1-8任一項所述的制備方法所得到的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質在電池中的應用，其特征在于，所述電池包括高壓正極、負極、隔膜和凝膠聚合物電解質；所述高壓正極為NCM811，負極為鋰金屬、石墨、中間相炭微球中的一種或幾種。
...【技術特征摘要】
1.一種基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟s1中基礎電解液中的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、六氟磷酸鋰、二氟磷酸鋰、硝酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、三氟甲磺酸鋰鹽中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質制備方法，其特征在于，所述步驟s1中基礎電解液中的砜基有機溶劑為二甲基砜、二甲基亞砜、乙基甲基砜、3-甲基環丁砜和環丁砜中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質質制備方法，其特征在于，所述步驟s1中加入的弱溶劑化溶劑為溴苯、六氟苯、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,2-四氟乙基醚、雙(2,2,2-三氟乙基)醚、甲基九氟丁醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、六氟環三磷腈、乙氧基(五氟)環三磷腈、甲基三氟乙基碳酸酯中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的基于砜基電解液的凝膠聚合物電解質質制備方法，其特征在于，所述步驟s1中加入的砜基有機溶劑與弱溶劑化溶劑的體積比為2:1-1:4；所述基礎電解液中鋰鹽的濃度為1-3m...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙東林，林偉佳，商紅巖，宋懷河，童慶捷，
申請(專利權)人：深圳市金湯新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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