[发明专利]三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法

说明书

本发明涉及三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法，采用的硅烷化合物原位聚合反应形成三维网络结构，有机电解液采用阻燃或低阻燃化合物，再加入硅烷化合物单体、锂盐，交联剂和引发剂，制备的三维网络阻燃硅凝胶电解液能够很好地固化电解液成分，相应的，通过三维网络阻燃硅凝胶电解质制备的凝胶锂离子电池也能够具有较好的循环性能及安全性能。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，尤其是涉及一种三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法。

背景技术

随着新能源产业的迅猛发展，锂离子电池被广泛用于3C及新能源汽车方向。在国家政策的导引及国际环保意识加强，新能源汽车的产能在不断攀升，高功率、高容量、高安全的电池系统开发迫在眉睫。现在高容量的正极材料已经大批量生产、并且开始使用，而电解液体系除了成分组成的不断优化，但所使用的电解液成分仍为可燃有机化合物。为了解决高能量电池的安全性能，固态电池研发及生产被提上日程。

凝胶电池隶属固态电池的范畴，凝胶电解质能够兼备全固态电池的安全性能及液态电池的高倍率性能。当前研究的凝胶电池的液体成分还主要是EC、PC等可燃聚合物，在一定程度不能完全解决电池的燃烧问题；并且凝胶组分为丙烯酸酯类化合物，液体固化能力较弱，不能很好地解决电解液的固化问题。针对锂离子电池的安全性，现采用的磷酸酯类阻燃电解液，但是这样的方法对电池的循环性能有一定的降低，而采用含氟类隔膜的凝胶电解质的安全性得到很大提高，但是生产过程较为复杂，需改变现有生产工艺。

硅烷类化合物具有优异的热稳定性，作为添加剂加入到电解液中可以提高电池的稳定性及安全性，现在电解液中已加入部分硅烷化合物，例如：乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷作为电解液阻燃添加剂，提高电池的安全性能；三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯作正极保护添加剂，提高电池的循环性能；并且许多硅烷类化合物还具有一定的除水功能，减少电池中少量的水分对电池性能的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维网络阻燃硅凝胶电解质及其制备方法、凝胶锂离子电池的制备方法。

本发明采用的技术方案是：三维网络阻燃硅凝胶电解质，包括阻燃化合物、锂盐、交联剂、硅烷化合物单体及引发剂；

阻燃化合物和锂盐组成阻燃电解液，阻燃电解液质量百分比为60-98％，交联剂的质量百分比为0.2-3％，硅烷化合物单体的质量百分比为2-40％，引发剂为交联剂和硅烷化合物单体的质量百分比为的0.1-1％。

优选地，硅烷化合物单体为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基封端二甲基聚硅氧烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。

优选地，阻燃化合物为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和醚类溶液的单氟或多氟化合物中的一种或几种。

优选地，交联剂为多双键官能团单体；

优选地，交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和聚醚多丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。

优选地，引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和偶氮二异丁腈中的一种。

优选地，锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种的混合物。