[发明专利]一种电解质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种电解质材料及其制备方法和应用，所述电解质材料包括核体和包覆在核体外的壳体，所述核体包括阻燃剂颗粒，所述壳体包括离子导电聚合物。本发明使用离子导电聚合物材料包覆阻燃剂形成一种核壳材料，将此材料添加到电极极片中，电池遇到安全性问题，电池会由于内短路发热，在发热过程中，离子导电聚合物电解质融化破裂，释放出阻燃剂，阻燃剂发挥阻燃作用，在短时间内阻止电池热失控，在正常使用状态下，阻燃剂被聚合物电解质包裹，不会影响电池的循环性能和倍率性能，从而具有优异的电化学性能，同时还具有提高压实密度以及降低负极膨胀的作用。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的快速发展和进步，能源短缺及环境污染问题日益严重，人们对于清洁能源需求变得日益重视；同时，新能源汽车日益普及，对于能源动力发展日益扩大，促使人们开发更高能量密度的锂离子电池。目前商用锂电池已经出现能量密度的瓶颈，在高能量密度方面很难有提升，固态电池作为下一代电池已经被提到了前沿位置，但是固态电池研发难度大，工艺要求较高，目前还不能马上实现量产，因此半固态电池作为一种过渡产品应运而生。

固态电池从制备方法上划分主要可以分为：①半固态电池；②全固态电池，其中全固态电池正负极隔膜之间是固固接触，Li⁺传导阻力较大，目前性能很难达到传统液态电池水准；半固态电池作为传统液态电池到全固态电池中间的过渡态，无论在制备的可操作性、电池的倍率性能、循环性能都与传统液态电池十分接近，安全性能更是优于传统液态电池。

聚合物固态电解质作为安全、密度小的材料非常受到关注，但是将聚合物固态电解质使用传统方法添加到电极中，也会有很大问题，因为聚合物电解质材料本身很软，杨氏模量较低，添加后电池在辊压过程中，由于电解质很软，会造成电极延展较大，压实密度很难提升。

新能源汽车自燃现象层出不穷，人们一直尝试开发更加安全可靠的新型电池，全固态电池因其不含电解液成分，在电芯内部可以更加稳定的存在，引起人们的普遍关注；但是，目前全固态电池技术尚不成熟，距离工业化还有很长的路要走，半固态电池作为液态电池与全固态电池的中间产品，可以减少电芯内部电解液的用量，在一定程度上改善电芯的安全性能，是目前最接近也最易实现量产的过渡产品。

电解液在锂离子电池热失控过程中扮演的角色非常关键，目前，从材料角度看，防止锂离子电池热失控起火燃烧爆炸的安全性改进策略众多，采用阻燃电解质是最经济简单有效的策略，能够有效地降低锂离子电池热失控燃烧爆炸风险，并极大降低热失控带来的人员财产伤害；但是在电池中添加阻燃剂往往会降低电池的循环性能和倍率性能，对电池电性能的影响很大，如果添加量较少也不会起到阻燃作用，所以目前添加阻燃剂的电池性能都不是很理想，难以兼顾阻燃性能和电化学性能。

CN105261742A公开了一种硫系半固态锂电池及其制备方法，该电池由半固态硫系正极、半固态电解质与锂片负极堆叠形成；该半固态硫系正极是先由含锂盐聚合物、硫系材料、碳导电剂混合成半固态，再以铝箔或镍网为集流体形成；该半固态电解质是由多孔无机氧化物与含锂盐聚合物混合而成；该含锂盐聚合物是由流动态聚合物与锂盐混合而成。该复合型半固态电解质及含锂盐聚合物与硫系材料复合的半固态硫系正极，将无机材料机械强度高、稳定性好与聚合物材料柔韧性好、界面接触性好、离子电导率高等优点进行结合，提高了电解质的离子电导率和硫系正极的储能稳定性。但是该半固态电池的阻燃性能有待进一步提升。

CN110265715A公开了一种锂电池半固态电解质专用凝胶剂及制备方法，所述凝胶剂是先将聚合物基体与羟丙基甲基纤维素、阻燃剂混合研磨得到复合微粒，然后将全氢聚硅氮烷、多孔无机物与氨水混合后喷覆在复合微粒表面，最后将制得包覆型复合微粒与分散剂利用气流混合机完全分散而制得。该发明提供的专用凝胶剂添加在电解液的初期不会产生凝胶，大幅改善了现有电解液凝胶化处理后难以均匀灌注使用的缺陷，而灌注化成可完全均匀浸润隔膜和电极，增加了电解液粘稠性，由液态转变为凝胶态，提升了电解液的安全性。但是，添加了阻燃剂之后，会影响电池的循环性能和倍率性能。