[发明专利]一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用，所述多功能有机凝胶的制备原料包括：溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂，所述的溶剂和单体的体积比为1:5～5:1；所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05％～10％；引发剂与单体的摩尔比为0.1％～10％，电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L～5mol/L。由于多功能有机凝胶导电性已经接近电解液的级别，本发明将多功能有机凝胶用于锂离子电池的制备，并且电池可以正常使用。

技术领域

本发明涉及离子导体领域，特别涉及一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用。

背景技术

柔性电子设备在近年来受到全世界的广泛关注并得到了迅速发展，随着人类对柔性可穿戴设备和软机器需求的日益增长，一些独特功能的高性能离子导体渐渐受到人们的青睐。与电子导体不同，离子导体利用离子作为电荷载体来传输信号，实现了很多电子导体难以实现的功能，从而使得各种现代技术成为可能，例如燃料电池，碱性电池，电化学晶体管，传感器等。水凝胶是现阶段研究最广泛的离子导体，具有较好的透明性、柔韧性和导电性，原料易得，价格低廉等特点。但是水的挥发性强，难以耐受高低温，分解电压低，导致水凝胶的使用寿命短。而且水凝胶中的水易与空气中的氧气共同作用形成微电池腐蚀金属，导致其越来越无法满足实际应用需求。因此，制备兼具高透明性、拉伸性、导电性以及环境稳定性的柔性离子导体是目前研究的热点。在众多已有的研究中，美国哈佛大学Vlassak教授在聚丙烯酰胺交联网络中添加一定量CaCl₂水溶液制成超耐低温的水凝胶，其凝固点达到-57℃，而且拉伸性和断裂强度无明显衰减。然而这种水凝胶的高温耐受性和其他诸多缺陷仍无法同时解决。

直接将单体聚合成柔性弹性体可改善离子导体的性能。由于没有使用溶剂，其力学强度和稳定性得到了显著的提升。另外，使用其他物质代替水作为溶剂，根据溶剂自身性质的不同，可以制备出具有相应特性的凝胶。

综上所述，对凝胶的组成成分的调整，可有效的改善凝胶的使用寿命以及应用范围。目前，已有研究人员制备出无溶剂型的离子导电弹性体，它具有超高的断裂伸长率和透明性。但其电导率较差，很难在电子器件中大规模使用。另一方面，大多数有机溶剂具有难挥发，沸点高，环境稳定性好等优点，在制备凝胶方面具有很大的潜力。但现有的报道中几乎没有使用有机溶剂来改善凝胶性能的研究。所以，现阶段仍然缺乏一种有效的、普适性的方法来制备兼具高透明性、拉伸性、导电性以及环境稳定性的柔性离子导体，同时缺乏具备优良导电性的柔性离子导体。

现有凝胶用于制备电池时，由于现有凝胶的导电性都较低，导致它们只能在较高的温度才能使电池正常工作，而较高的温度又会使得电池的其它组分受损，也导致电池使用寿命较短。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用，以克服上述现有技术存在的缺陷，由于多功能有机凝胶导电性已经接近电解液的级别，本发明将多功能有机凝胶用于锂离子电池的制备，并且电池可以正常使用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用，制备所述多功能有机凝胶的原料包括：溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂，所述的溶剂和单体的体积比为1:5～5:1；所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05％～10％；引发剂与单体的摩尔比为0.1％～10％，电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L～5mol/L；

所述的溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯一种或多种的混合；

所述的单体为N-丙烯酰吗啉、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或多种的混合；

所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或己二醇二丙烯酸酯；

所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。