一种智能锂离子电池凝胶电解质及锂电池

本发明涉及电化学储能，尤其涉及一种智能锂离子电池凝胶电解质及锂电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、高工作电压、低自放电率以及无记忆效应等显著优势，在移动便携设备、无人机、电动汽车和大型储能电站等应用中均占据主导地位。然而，目前主流的商用锂离子电池电解液通常采用有机碳酸酯类溶剂。在过放电或高温环境下，这些有机溶剂可能发生热分解，产生大量co2等气体，导致电池内部压力上升，增加胀包和爆炸的风险。同时，锂离子电池在极端条件下，如过度充放电，容易发生快速的热失控，可能导致燃烧或爆炸等严重事故。此外，在锂离子电池的充放电过程中，由于锂离子沉积的不均匀性，可能形成锂枝晶。这些枝晶有可能穿透电池隔膜，引起电池内部的短路，进一步增加安全隐患。

2、目前，研究人员开发以llzo为代表的固态电解质，固态电解质中不含易燃有机溶剂，具有较好的安全性能。然而，这些固态电解质因其本征较大的电极/电解质界面阻抗，导致电池内部阻抗大、室温电导率低等问题，限制其实际应用。与此相比，凝胶电解质作为介于液态和固态之间的中间状态，相对于固态电解质，具备更好的电极/电解质界面接触性、更高的室温电导率和更低的内阻。然而，凝胶电解质中仍含有易燃液态电解质，这也意味着仍然存在一定的安全隐患。

3、因此，寻找一种即具有高安全性又具备高离子电导率的凝胶电解质，仍然是当前研究的一个关键挑战。

技术实现思路

1、针对上述问题，现提供一种具有高安全性又具备高离子电导率的智能锂离子电池凝胶电解质及锂电池。

2、具体技术方案如下：

3、本发明的第一个方面是提供一种智能锂离子电池凝胶电解质，该凝胶电解质包括凝胶及渗透吸附于凝胶中的锂盐；

4、其中，凝胶为由包含至少一种可吸附二氧化碳基团的可聚合单体、不饱和可聚合性两性离子单体、交联剂、引发剂在有机溶剂中发生聚合反应制成的凝胶。

5、具体的，可吸附二氧化碳的基团为胺基(-nh2)中的一种。

6、具体的，具有胺基(-nh2)的物质为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、氨基甲酸乙烯酯、n-(2-二甲氨基乙基)丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、丁二酰亚胺中的至少一种。

7、具体的，两性离子单体为[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、1-丙基磺酸-3-乙烯基咪唑内盐中的至少一种。

8、具体的，引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢中的至少一种。

9、具体的，交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、异氰脲酸三烯丙酯中的至少一种。

10、具体的，有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷，碳酸二乙酯/碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚/1，3-二氧环戊烷、离子液体中的至少一种。

11、具体的，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种。

12、本发明的第二个方面是提供一种包括上述智能锂离子电池凝胶电解质的锂电池。

13、上述方案的有益效果是：

14、本发明提供的凝胶电解质中利用可吸附二氧化碳的基团与电池循环中产生的co2气体反应，有效降低电池胀包的风险；其次，两性离子在热响应下产生的相变可以有效地抑制电池的热失控现象；再者，两性离子中的阴离子基团有助于调节锂枝晶的生长。因此，这种电解质集成了缓解电池胀包、调节锂枝晶以及相变抑制热失控等优势，显著提高了锂离子电池的安全性和电化学性能。

技术特征：

1.一种智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，该凝胶电解质包括凝胶及渗透吸附于所述凝胶中的锂盐；

2.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述可吸附二氧化碳的基团为胺基。

3.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述两性离子单体为[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、1-丙基磺酸-3-乙烯基咪唑内盐中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、异氰脲酸三烯丙酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷，碳酸二乙酯/碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚/1，3-二氧环戊烷、离子液体中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的智能锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种。

8.一种锂电池，其特征在于，该锂电池中电解质为权利要求1-7任一项所述智能锂离子电池凝胶电解质。

技术总结本发明涉及一种智能锂离子电池凝胶电解质及锂电池，该凝胶电解质包括凝胶及渗透吸附于凝胶中的锂盐；其中，凝胶为由包含至少一种可吸附二氧化碳基团的可聚合单体、不饱和可聚合性两性离子单体、交联剂、引发剂在有机溶剂中发生聚合反应制成的凝胶。本发明提供的凝胶电解质中利用可吸附二氧化碳的基团与电池循环中产生的CO<subgt;2</subgt;气体反应，有效降低电池胀包的风险；其次，两性离子在热响应下产生的相变可以有效地抑制电池的热失控现象；再者，两性离子中的阴离子基团有助于调节锂枝晶的生长。因此，这种电解质集成了缓解电池胀包、调节锂枝晶以及相变抑制热失控等优势，显著提高了锂离子电池的安全性和电化学性能。技术研发人员：杨培华,肖托,刘抗受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25