[发明专利]一种极性凝胶电解质及其在固态锂硫电池中的应用

说明书

本发明涉及一种极性凝胶电解质及其在固态锂硫电池中的应用，它包括聚合物基体以及形成在所述聚合物基体内的液态电解液，所述聚合物基体为含有至少两个环氧基的第一有机物和含有至少两个氨基的第二有机物进行聚合反应生成，所述环氧基和所述氨基的摩尔比为1：0.5‑2。该聚合物基体不仅可以有效限制住液态电解液的流动，减小了电解液漏液的危险性，而且还可以和锂硫电池循环过程中产生的多硫化物产生很强的相互作用，很好地将多硫化物限制在了硫电极中，使得锂硫电池性能得到明显改善。

技术领域

本发明属于固态锂硫电池领域，涉及一种凝胶电解质，具体涉及一种极性凝胶电解质及其在固态锂硫电池中的应用。

背景技术

由于气候变暖和不可再生资源的匮乏，我们需要开发高能量存储系统应用于电动汽车和便携式电子设备。锂离子电池由于具有高能量密度、循环寿命长等优点被广泛应用于电子电源，已占据市场主导地位。

电解液，作为锂离子电池的一个重要组成部分，提供了一种锂离子运输途径，并防止阴极和阳极之间的电子转移，另外，对电池的工作温度、循环效率特别是安全性问题至关重要。锂离子电池的电解质材料根据形态可以分为液态电解液、全固态电解质和凝胶电解质。目前市场上液体有机电解质被广泛用于锂离子电池，因为其具有高的电导率和优异的充放电性能。然而，液体有机电解质在使用过程中容易发生电解液泄漏，而且液体有机电解质燃点和沸点低，在使用过程中电池内部温度升高，易发生燃烧爆炸，引发安全事故。因此，我们需要找到一个更安全、更可持续的电解液技术来提高电动汽车的安全性。全固态电解质能够承受金属锂枝晶，是提高安全性的合理替代品。然而，全固态电解质有许多固有的缺点限制了它的实际应用，包括电导率低和制作工艺困难。因此，我们需要开发与电极具有良好亲和力的电解质，确保锂离子电导率高。凝胶电解质将流动态的电解液限制在聚合物高分子基体里，不仅表现出良好的电导率，也减少了漏液的危险，有效地提高了电池的安全性。

锂硫电池是一种以硫材料作为正极材料的锂电池，是一种非常有前景的电池，因为它的容量高而且价格较低。但是，锂硫电池也有很多缺点，包括控制不佳的锂/电解质界面以及由于生成各种可溶于液态电解液的多硫化锂而导致的快速的容量衰减。聚环氧乙烷(PEO)，作为一个线性均聚物，是一种特别有前途的作为凝胶电解质聚合物基体的材料，因为PEO的醚链单元CH₂CH₂O与锂离子和电解质溶剂可以产生很强的相互作用，可以方便锂离子运输。此外，它还具有成本低、机械稳定性好、成膜性好等优点。但是这种聚合物却不能有效解决锂硫电池存在的穿梭效应问题。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能有效吸收液态电解液并且可以有效吸附多硫化物以抑制穿梭效应的极性凝胶电解质。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种极性凝胶电解质，它包括聚合物基体以及形成在所述聚合物基体内的液态电解液，所述聚合物基体为含有至少两个环氧基的第一有机物和含有至少两个氨基的第二有机物进行聚合反应生成，所述环氧基和所述氨基的摩尔比为1：0.5-2。

优化地，所述第一有机物为选自聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或者多种组成的混合物。

优化地，所述第二有机物为选自乙二胺封端的聚乙烯亚胺、聚乙二醇双胺、聚醚胺和双(3-氨基丙基)封端的聚乙二醇中的一种或者多种组成的混合物。

优化地，所述聚合反应发生在有机溶剂中，并在惰性气氛、80～140℃的条件下进行；所述有机溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种组成的混合物。

优化地，所述第一有机物为聚乙二醇二缩水甘油醚，所述第二有机物为乙二胺封端的聚乙烯亚胺。

优化地，所述液态电解液为溶解有双三氟甲烷磺酰亚胺锂和硝酸锂的醚溶液或含醚溶液。