一种高电化学特性的剪切增稠电解液及其制备方法

本发明涉及智能材料及制造领域，具体地，涉及一种高电化学特性的剪切增稠电解液及其制备方法。

背景技术：

1、在现如今新能源汽车的快速普及的趋势下，汽车电池的安全性能受到越来越大的重视。由于汽车电池在碰撞的过程中隔膜会破损进而导致电池短路发生起火甚至爆炸，据统计目前在新能源汽车碰撞后的起火事故一半以上都是由电池起火导致的。这就使得电池的碰撞安全性成为了影响新能源汽车安全性能的重要因素，电池安全问题亟需解决。

2、对于如何提高电池的碰撞安全性人们也做了大量的研究，包括添加外层防护、使用固态电解质等方法。目前使用最多的提高电池碰撞安全性的方法主要是添加外层防护，即对电池的外层加上一层抗冲击防护材料，但这在提高电池的抗冲击性的同时，增加了电池本身的重量进而会降低车辆的续航里程。固态电解质可以在碰撞时抵御外界的冲击，有利于解决电池的安全碰撞问题，但存在电解液本身过低的导离子性导致电池的电化学性能大幅下降的问题。剪切增稠电解液是一种可以在外界的快速激励下体系的粘度迅速增加的新型电解液，具有冲击硬化的特性，同时在外界激励消失后剪切增稠电解液又会迅速回到初始粘度状态，可以有效提高电池的碰撞安全性。

3、剪切增稠电解液可以在外界高速冲击下实现粘度的迅速增加以抵御外界冲击，起到安全防碰撞的作用，但是在加入额外的无机分散相颗粒后会使锂离子电池的电化学性能受到明显影响，不利于其大规模的推广和使用。因此，制备具有良好电化学特性的剪切增稠电解液成为人们亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明改进传统方法的不足，采用表面氨基改性的中空介孔二氧化硅作为电解液分散相颗粒，提供一种高电化学特性的剪切增稠电解液及其制备方法。所述的高电化学特性的剪切增稠电解液，在具有高速抗冲击的同时，具有优异的电化学性能。

2、具体来说，本发明通过如下技术方案实现：

3、一种高电化学特性的剪切增稠电解液的制备方法，所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法如下所示：

4、步骤1：将乙醇、水、氨水、正硅酸四乙酯和十八烷基三甲氧基硅烷混合、搅拌、离心，然后用去离子水稀释后采用盐酸刻蚀；在烘箱中水热反应，自然冷却离心后干燥煅烧即可得到中空介孔二氧化硅；

5、步骤2：将步骤1中制备获得的所述中空介孔二氧化硅作为前驱体与甲苯和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合、加热、搅拌、离心，然后用甲醇洗涤离心后，干燥得到表面氨基改性的中空介孔二氧化硅；

6、步骤3：将步骤2中制备获得的所述表面氨基改性的中空介孔二氧化硅和锂盐、有机溶剂混合，搅拌均匀，得到所述高电化学特性剪切增稠电解液。

7、进一步地，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，乙醇、水、氨水、正硅酸四乙酯的体积比为71.4:10:3.14:11，所述十八烷基三甲氧基硅烷与正硅酸四乙酯的体积比为0.2-0.4。

8、进一步地，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，盐酸刻蚀后需在反应釜中加热进行水热反应；加热温度设置为160-180摄氏度，加热时间为10-12小时。

9、进一步地，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，需采用马弗炉高温煅烧的方式去除表面活性剂；煅烧温度设置为500-600摄氏度，煅烧时间为5-8小时，升温时间为90-120分钟。

10、进一步地，步骤2中所述的表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的合成过程中，中空介孔二氧化硅与甲苯的质量比为0.25-0.5，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷与中空介孔二氧化硅的质量比为0.2-0.3。

11、进一步地，步骤2中所述的表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的合成过程中，加热温度为70-90摄氏度。

12、进一步地，步骤3中所述的锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中至少一种，浓度为1-5摩尔/升；所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙酯、二(2 ,2 ,2-三氟乙基)碳酸酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯中的一种或两种以上。

13、一种高电化学特性的剪切增稠电解液，根据所述的一种高电化学特性的剪切增稠电解液的制备方法制备而成的高电化学特性的剪切增稠电解液，所述高电化学特性剪切增稠电解液由锂盐、有机溶剂和表面氨基改性的中空介孔二氧化硅组成；以所述高电化学特性剪切增稠电解液总质量计，锂盐的质量百分含量为10%~ 20%、有机溶剂的质量百分含量为60%~ 80%，表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的质量百分含量为6%~ 12%。

14、进一步地，所述高电化学特性的剪切增稠电解液包括表面氨基改性的中空介孔二氧化硅颗粒、锂盐和有机溶剂。

15、进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中至少一种，浓度为1-5摩尔/升。

16、进一步地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙酯、二(2 ,2 ,2-三氟乙基)碳酸酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯中的一种或两种以上。

17、本发明的有益效果如下：

18、1.本发明提供的高电化学特性的剪切增稠电解液通过在常规电解液中加入氨基改性中空介孔二氧化硅从而使其具有剪切增稠效果，可以有效提高传统电池碰撞安全性能，可以广泛应用于新能源汽车的二次储能电池。

19、2.本发明提供的高电化学特性的剪切增稠电解液，其分散相为氨基改性中空介孔二氧化硅，可以有效加速电化学反应动力学，促进离子传导，从而可以使得剪切增稠电解液在具备剪切增稠效果的同时，具有优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种高电化学特性的剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法如下：

2.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，乙醇、水、氨水、正硅酸四乙酯的体积比为71.4:10:3.14:11，所述十八烷基三甲氧基硅烷与正硅酸四乙酯的体积比为0.2-0.4。

3.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，盐酸刻蚀后需在反应釜中加热进行水热反应；加热温度设置为160-180摄氏度，加热时间为10-12小时。

4.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的中空介孔二氧化硅的合成过程中，需采用马弗炉高温煅烧的方式去除表面活性剂；煅烧温度设置为500-600摄氏度，煅烧时间为5-8小时，升温时间为90-120分钟。

5.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的合成过程中，中空介孔二氧化硅与甲苯的质量比为0.25-0.5，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷与中空介孔二氧化硅的质量比为0.2-0.3。

6.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的合成过程中，加热温度为70-90摄氏度。

7.根据权利要求1所述的高电化学特性剪切增稠电解液的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中至少一种，浓度为1-5摩尔/升；所述的有机溶剂为由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙酯、二(2 ,2 ,2-三氟乙基)碳酸酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯中的一种或两种以上。

8.一种高电化学特性的剪切增稠电解液，其特征在于，由根据权利要求1-7所述的一种高电化学特性的剪切增稠电解液的制备方法制备而成，所述高电化学特性剪切增稠电解液由锂盐、有机溶剂和表面氨基改性的中空介孔二氧化硅组成；以所述高电化学特性剪切增稠电解液总质量计，锂盐的质量百分含量为10%~ 20%、有机溶剂的质量百分含量为60%~80%，表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的质量百分含量为6%~ 12%。

技术总结本发明公开了一种高电化学特性的剪切增稠电解液及其制备方法。所述高电化学特性的剪切增稠电解液包括锂盐、表面氨基改性的中空介孔二氧化硅颗粒填料和有机溶剂；所述制备方法包括以下步骤：1.中空介孔二氧化硅的合成，2.表面氨基改性的中空介孔二氧化硅的合成，3.将步骤2所得产物分散至常规电解液中，进行搅拌吸附。所述高电化学特性剪切增稠电解液不仅可以在高激励条件下具有冲击硬化特性，而且其电化学性能不会由于添加额外的分散相颗粒而降低。技术研发人员：龚兴龙,刘冰,邓华夏,刘泉受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25