一种电解质及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，具体地，涉及一种电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电池中正极材料由于金属阳离子的溶出会导致电池容量降低，影响电池的寿命。以电池中锰基正极材料锰酸锂为例，锰酸锂安全性能好，热稳定性好，耐过充，电压平台高且成本低。此外，锰酸锂特殊的尖晶石结构使其具有优越的大电流充放电性能和高低温充放电性能。但是锰酸锂材料长期循环稳定性差、耐存储能力差阻碍了其在动力电池上的发展。这主要是由于锰酸锂中的锰离子在充放电和存储过程中的溶出导致的。锰离子溶出后会通过隔膜到达低电位的负极，在负极上被还原并析出。这一过程不仅会造成锰酸锂不断损失，还会破坏负极的sei膜，不断消耗电解液，这些都会对电池的寿命造成不利的影响。

2、针对这一问题，目前多是通过掺杂改性和表面包覆对正极材料本身进行处理。这些方法对材料合成工艺提出了很高的要求且成本高，另外，对正极材料本身进行掺杂或包覆改变了材料原有的晶体结构，会使其原本具有优势的电流充放能力大打折扣，且掺杂会影响电池的含锂量，从而使电池的容量降低。因此，通过多个角度抑制正极材料中金属阳离子的溶出问题是至关重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电解质及其制备方法和应用，通过电解质来解决电池中由于正极金属阳离子溶出带来的电池衰减问题。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电解质，该电解质为凝胶，并且包括聚合物基体、溶胀所述聚合物基体的有机溶剂和吸附在所述凝胶中的锂盐；所述聚合物基体含有氰基改性的聚合物，所述氰基改性的聚合物的重复结构单元至少包括含氰基的第一重复结构单元和不含氰基的第二重复结构单元；以所述聚合物基体的重复结构单元的总量为基准，所述聚合物基体中的氰基含量为80-340mol％。

3、可选地，所述氰基改性的聚合物含有氰基改性的聚环氧乙烷；所述氰基改性的聚环氧乙烷的分子结构如式1所示：

4、

5、其中，r1和r6各自独立地为氰乙基或氢；n为聚环氧乙烷重复结构单元的个数且为20-2000；所述聚环氧乙烷重复结构单元包括含氰基的第一聚环氧乙烷重复结构单元和不含氰基的第二聚环氧乙烷重复结构单元；

6、所述第一聚环氧乙烷重复结构单元中，r2、r3、r4和r5各自独立地为含有3-20个碳原子的氰基烷基、氰基或氢，且r2、r3、r4和r5中至少有一个为含有3-20个碳原子的氰基烷基或氰基；

7、所述第二聚环氧乙烷重复结构单元中，r2、r3、r4和r5各自独立地为含有1-20个碳原子的烃基、含有1-20个碳原子的具有取代基的烃基或氢；所述取代基为烷氧基、羟基、酯基、羧基、卤素或芳香基。

8、可选地，所述第一聚环氧乙烷重复结构单元为1,1,2,2-四氰基环氧乙烷、1-氰基环氧丙烷、1,1-二氰基环氧丙烷1,2-二氰基环氧丙烷、1,1,2-三氰基环氧丙烷中的至少一种；和/或，所述第二聚环氧乙烷重复结构单元为环氧乙烷基、环氧丙烷基、苄氧甲基环氧乙烷基和甲基环氧丙烷基、缩水甘油基、1,2-环氧丁烷、甲氧基甲基环氧乙烷基中的至少一种。

9、可选地，所述第一聚环氧乙烷重复结构单元为四氰基环氧乙烷基，所述第二聚环氧乙烷重复结构单元为环氧乙烷基。

10、可选地，r1和r6为氰乙基。

11、可选地，相对于30-80重量份的所述聚合物基体，所述有机溶剂的含量为15-65重量份，所述锂盐的含量为0.5-5重量份；优选地，相对于40-60重量份的所述聚合物基体，所述有机溶剂的含量为35-55重量份，所述锂盐的含量为0.6-2重量份。

12、可选地，该电解质还含有功能添加剂；所述功能添加剂为乙腈、丁二腈、氟代碳酸乙烯酯、双草酸二氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；相对于30-80重量份的所述聚合物基体，所述功能添加剂的含量为0.1-10重量份；优选地，相对于40-60重量份的所述聚合物基体，所述功能添加剂的含量为0.5-8重量份。

13、可选地，所述电解质在60℃下真空烘干20-120min后的重量损失率小于2％，优选小于0.5％。

14、可选地，所述电解质形成为薄膜，所述薄膜的厚度为10-60μm，优选为20-40μm。

15、可选地，所述聚合物基体还含有补充聚合物，所述补充聚合物选自聚氧化乙烯、环氧乙烷-苯乙烯共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、环氧乙烷-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲基-甲基丙烯酸丁酯共聚物、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚氟代碳酸丙烯酯、聚吡咯烷酮和聚丙烯腈中的一种或多种。

16、可选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂和高氯酸锂中的一种或多种。

17、可选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯中的一种或多种。

18、本发明第二方面提供一种本发明第一方面提供的电解质的制备方法，该制备方法包括：

19、将聚合物基体用溶胀剂进行溶胀处理，得到溶胀处理后的物料；所述溶胀剂含有有机溶剂和锂盐；去除所述溶胀处理后的物料中的部分有机溶剂。

20、可选地，所述溶胀剂还含有功能添加剂。

21、可选地，所述溶胀处理包括：将聚合物基体加入到所述溶胀剂中进行浸泡；所述浸泡时间为0.5-12h。

22、可选地，去除所述溶胀处理后的物料中的部分有机溶剂包括：将所述溶胀处理后的物料进行真空干燥；所述真空干燥温度为60-80℃，时间为1-8h。

23、本发明第三方面提供一种可充电电池，该电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为本发明第一方面提供的电解质。

24、可选地，所述正极和/或所述负极含有锰离子、铁离子、钴离子和镍离子中的至少一种。

25、本发明第四方面提供一种可充电的电子产品，所述电子产品中设置有本发明第三方面提供的可充电电池。

26、通过上述技术方案，本发明电解质中的聚合物基体含有氰基改性的聚合物，氰基可以与电池中正极材料溶出的金属阳离子发生络合反应，将金属阳离子固定在电解质骨架上，避免金属阳离子到达低电位的负极区发生反应而破坏负极sei，影响电池寿命。本发明凝胶状态的电解质在保证正常的li+传导能力的同时能降低金属阳离子的扩散，隔绝金属阳离子对负极的影响。

27、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种电解质，其特征在于，该电解质为凝胶，并且包括聚合物基体、溶胀所述聚合物基体的有机溶剂和吸附在所述凝胶中的锂盐；所述聚合物基体含有氰基改性的聚合物，所述氰基改性的聚合物的重复结构单元至少包括含氰基的第一重复结构单元和不含氰基的第二重复结构单元；以所述聚合物基体的重复结构单元的总量为基准，所述聚合物基体中的氰基含量为80-340mol％。

2.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述氰基改性的聚合物含有氰基改性的聚环氧乙烷；所述氰基改性的聚环氧乙烷的分子结构如式1所示：

3.根据权利要求2所述的电解质，其中，所述第一聚环氧乙烷重复结构单元为1,1,2,2-四氰基环氧乙烷基、1-氰基环氧丙烷、1,1-二氰基环氧丙烷1,2-二氰基环氧丙烷、1,1,2-三氰基环氧丙烷中的至少一种；和/或，

4.根据权利要求2所述的电解质，其中，所述第一聚环氧乙烷重复结构单元为1,1,2,2-四氰基环氧乙烷，所述第二聚环氧乙烷重复结构单元为环氧乙烷基。

5.根据权利要求4所述的电解质，其中，r1和r6为氰乙基。

6.根据权利要求1所述的电解质，其中，相对于30-80重量份的所述聚合物基体，所述有机溶剂的含量为15-65重量份，所述锂盐的含量为0.5-5重量份；

7.根据权利要求1所述的电解质，其中，该电解质还含有功能添加剂；所述功能添加剂为乙腈、丁二腈、氟代碳酸乙烯酯、双草酸二氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；

8.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述电解质在60℃下真空烘干1小时后的重量损失率小于2％，优选小于0.5％。

9.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述电解质形成为薄膜，所述薄膜的厚度为10-60μm，优选为20-40μm。

10.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述聚合物基体还含有补充聚合物，所述补充聚合物选自聚氧化乙烯、环氧乙烷-苯乙烯共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、环氧乙烷-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲基-甲基丙烯酸丁酯共聚物、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚氟代碳酸丙烯酯、聚吡咯烷酮和聚丙烯腈中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂和高氯酸锂中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯中的一种或多种。

13.权利要求1-12中任意一项所述的电解质的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

14.根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述溶胀剂还含有功能添加剂。

15.根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述溶胀处理包括：将聚合物基体加入到所述溶胀剂中进行浸泡；

16.根据权利要求13所述的制备方法，其中，去除所述溶胀处理后的物料中的部分有机溶剂包括：将所述溶胀处理后的物料进行真空干燥；

17.一种可充电电池，其特征在于，该电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为权利要求1-12中任意一项所述的电解质。

18.根据权利要求17所述的可充电电池，其中，所述正极和/或所述负极含有锰离子、铁离子、钴离子和镍离子中的至少一种。

19.一种可充电的电子产品，其特征在于，所述电子产品中设置有权利要求17或18所述的可充电电池。

技术总结本发明涉及一种电解质及其制备方法和应用。该电解质为凝胶，并且包括聚合物基体、溶胀所述聚合物基体的有机溶剂和吸附在所述凝胶中的锂盐；所述聚合物基体含有氰基改性的聚合物，所述氰基改性的聚合物的重复结构单元至少包括含氰基的第一重复结构单元和不含氰基的第二重复结构单元；以所述聚合物基体的重复结构单元的总量为基准，所述聚合物基体中的氰基含量为80‑340mol％。本发明电解质中含有氰基改性的聚合物，可以与电池中正极材料溶出的金属阳离子发生络合反应，将金属阳离子固定在电解质骨架上，避免金属阳离子到达低电位的负极区发生反应而破坏负极SEI，影响电池寿命。技术研发人员：王曦,吴荣方,蔡梦婷,张柯,郭姿珠受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17