[发明专利]凝胶电解液的配方及使用该配方制备凝胶电解液的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池的凝胶电解液的配方及使用该配方制备凝胶电解液的方法。 

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、体积小、质量轻、能量密度高、无记忆效应、环保性良好和循环寿命长等优点，正逐步取代铅酸和Ni-Cd等传统电池，获得了市场的主导地位。锂离子电池所用电解液一般分为液态电解液和聚合物凝胶电解液（简称“凝胶电解液”）两种。其中，液态电解液具有较好的电化学性能，但普遍存在安全性较差的问题。解决这一问题的主要途径有：设计安全性能更可靠的电芯结构、在电极膜片或者隔离膜上涂覆陶瓷层和发展聚合物凝胶电解液等。相比传统的液态电解液，凝胶电解液体系将游离态的溶剂分子固定在高分子凝胶骨架之中，不存在或较少存在游离态的溶剂，因而不容易产生漏液现象，大大降低了体系的燃烧性，因而具有良好的安全性。随着社会的发展，人们日益重视电池的安全性，凝胶电解液必将成为今后电解液发展的趋势，也将成为动力电池必须采纳的方向。

近年来，人们投入了大量的精力来研制锂离子电池凝胶电解液，发展了多种制备凝胶电解液的方法，概括起来，主要有原位凝胶法和涂布热压法两种。原位凝胶法是将高分子单体溶解在液态电解液中，通过灌注的方式加入电芯，之后在电芯内部热聚合形成凝胶电解液。涂布热压法则是将高分子聚合物分散在液态电解液中，之后涂覆在电极膜片表面，最后通过高温热压的方式使电芯形成凝胶电解液。其中，原位凝胶法是一种比较简单易行的方法，但是现有技术中的原位凝胶法普遍存在制备工艺严苛的缺点，而且由于其所采用的凝胶电解液的组成配方并不是十分恰当，因此导致了制备得到的凝胶电解液电化学性能较差和安全性能不佳等问题。

有鉴于此，确有必要提供一种制造工艺简单、电化学性能优良以及安全性优异的锂离子电池凝胶电解液及其制备方法。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种电化学性能优良以及安全性优异的锂离子电池凝胶电解液，以克服现有技术中的锂离子电池凝胶电解液电化学性能较差和安全性能不佳的不足。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种凝胶电解液的配方，包括液态电解液、聚合物单体、交联剂、催化剂和封端剂，所述聚合物单体包括具有多元异氰酸酯官能团的芳香族或脂肪族化合物，所述聚合物单体还包括具有多元氨基官能团的化合物或具有多元羟基官能团的化合物，并且上述各组成成分所占重量份依次为：

液态电解液                                           100重量份；

具有多元异氰酸酯官能团的芳香族或脂肪族化合物         1-20重量份；

具有多元氨基官能团的化合物或具有多元羟基官能团的化合物   0.1-10重量份；

交联剂                                            0.01-0.1重量份；

催化剂                                          0.001-0.01重量份；

封端剂                                          0.001-0.01重量份。

其中，液态电解液包括碳酸脂溶剂、添加剂以及锂盐三类组分。

以上成分中，具有多元异氰酸酯官能团的芳香族或脂肪族化合物和具有多元氨基官能团的化合物或具有多元羟基官能团的化合物反应得到凝胶状的缩聚预聚体，催化剂有利于控制反应速度，使得凝胶电解液的成胶速度与电芯制造过程匹配。如果成胶速度过快，可能的后果是电解液与电芯阴阳极极片的浸润不够充分。封端剂可以防止缩聚物在高温或者电化学作用下发生链段解聚，造成分子量降低。

作为本发明凝胶电解液的配方的一种改进，所述具有多元异氰酸酯官能团的芳香族或脂肪族化合物包括甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯以及二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、三苯基甲烷三异氰酸酯和多次甲基多苯基异氰酸酯（PAPI）中的至少一种。

作为本发明凝胶电解液的配方的一种改进，所述具有多元氨基官能团的化合物包括脂肪族多胺和芳香族多胺中的至少一种。

作为本发明凝胶电解液的配方的一种改进，所述具有多元氨基官能团的化合物为仲胺或伯胺。