阻燃型凝胶电解质、电池及其制备方法与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种阻燃型凝胶电解质、电池及其制备方法。

背景技术：

1、当前，动力电池的安全问题受到越来越多的关注。其中，锂离子电池的安全问题主要是由电池机械滥用、电滥用或热滥用所引发的热失控导致，而电解液的高度易燃性是电池产生安全问题的关键因素。因此，从电解质的本征安全设计入手，开发阻燃电解质对提高锂离子电池的安全性具有重要意义。

2、目前，解决锂电池的安全性问题的方案主要包括：全固态锂离子电池方案、电解液中添加阻燃剂方案和凝胶电解质方案。其中，凝胶电解质由于凝胶聚合物的离子电导率和化学性能更接近液体电解质，安全性能更接近固体电解质，可以在兼顾优异的离子电导率的同时在一定程度上提高锂电池的安全性，具有更广阔的发展空间。然而，目前的凝胶电解质还存在一定的不足之处，有待于进一步改善。例如，公开号为cn117996176a的专利，利用全氟丙烯酸丁酯单体与季戊四醇四丙烯酸酯交联剂的原位共聚反应，开发了一种阻燃全氟凝胶聚合物电解质，可以在高温下分解产生f·自由基，这些自由基可以消除气相中的ho·和h·自由基链式燃烧反应，从而降低电解质的燃烧风险。该方案虽然具有一定的阻燃特性，但是c-f键的键能较大，不能有效捕捉自由基，并且热分解温度较高，限制了其进一步的发展。

3、鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种阻燃型凝胶电解质、电池及其制备方法，该阻燃型凝胶电解质具有较好的阻燃性能和电化学性能，利于提升电池的安全性能。

2、为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：

3、根据本技术的一个方面，本技术实施例提供了一种阻燃型凝胶电解质，该阻燃型凝胶电解质包括阻燃聚合物和电解液；

4、其中，所述阻燃聚合物具有如下式ⅰ所示的化学式：

5、   式ⅰ；

6、其中，所述r包括溴代烷基或溴代烯基中的至少一种，溴代为部分取代或全取代；所述n、m1、m2、m3的取值范围分别为3～30。

7、另外，根据本技术的阻燃型凝胶电解质，还可以具有如下附加的技术特征：

8、在其中的一些实施方式中，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂。

9、在其中的一些实施方式中，所述功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂或硫酸亚乙烯酯中的至少一种。

10、在其中的一些实施方式中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双(氟磺酰基)亚胺锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的至少一种。

11、在其中的一些实施方式中，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯和乙酸甲酯中的至少一种。

12、在其中的一些实施方式中，所述电解液中，锂盐的浓度为0.8 mol/l～1.5 mol/l。

13、在其中的一些实施方式中，所述功能添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.5%～5%。

14、根据本技术的另一个方面，本技术实施例提供了一种所述的阻燃型凝胶电解质的制备方法，所述方法包括：

15、将阻燃聚合物和电解液混合，得到阻燃型凝胶电解质；

16、其中，所述阻燃聚合物的制备原料包括聚合物单体和交联剂；

17、所述聚合物单体包括溴代丙烯酸酯，所述交联剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯。

18、在其中的一些实施方式中，所述溴代丙烯酸酯具有如下式ⅱ所示的化学式：

19、           式ⅱ；

20、其中，所述r包括溴代烷基或溴代烯基中的至少一种，溴代为部分取代或全取代。

21、在其中的一些实施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的平均分子量为600～1500。

22、在其中的一些实施方式中，所述交联剂与所述聚合物单体的质量比为（2～4）：1。

23、在其中的一些实施方式中，所述聚合物单体与所述电解液的质量比为（1%～3%）：1。

24、在其中的一些实施方式中，所述阻燃聚合物的制备原料还包括引发剂。

25、在其中的一些实施方式中，所述阻燃型凝胶电解质的制备方法，包括如下步骤：

26、将聚合物单体、交联剂、引发剂和电解液混合，得到前驱体溶液；

27、将所述前驱体溶液在加热加压的条件下进行聚合反应，形成交联的阻燃聚合物。

28、在其中的一些实施方式中，所述聚合反应的条件包括：反应温度为60℃～90℃，反应压力为0.2mpa～1.5mpa，反应时间为12h～48h。

29、在其中的一些实施方式中，所述引发剂与所述聚合物单体的质量比为（0.1～0.5）：1。

30、在其中的一些实施方式中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过硫酸钠或过氧叔丁醇中至少一种。

31、根据本技术的又一个方面，本技术实施例提供了一种电池，所述电池包括：

32、干电芯，所述干电芯包括正极和负极；及

33、如前所述的阻燃型凝胶电解质或根据前述方法制得的阻燃型凝胶电解质。

34、根据本技术的再一个方面，本技术实施例提供了一种电池的制备方法，所述方法包括：

35、将聚合物单体、交联剂、引发剂和电解液混合，得到前驱体溶液；

36、将所述前驱体溶液注入干电芯中，经常温静置、化成和老化后，进行原位热压聚合反应，得到具有前述的阻燃型凝胶电解质的电池。

37、在其中的一些实施方式中，所述原位热压聚合反应的条件包括：反应温度为60℃～90℃，反应压力为0.2mpa～1.5mpa，反应时间为12h～48h。

38、在其中的一些实施方式中，所述常温静置的温度为22℃～28℃，常温静置的时间为24h～48h。

39、在其中的一些实施方式中，所述化成的电流为0.01c～0.1c，化成的温度为22℃～28℃，化成的时间为2h～10h。

40、在其中的一些实施方式中，所述老化的温度为35℃～45℃，老化的时间为12h～48h。

41、在其中的一些实施方式中，所述原位热压聚合反应之后，还包括二次化成、排气和分容的步骤；其中，所述二次化成的电流为0.1c～0.5c，充电截止电压为4.2v～4.35v。

42、在其中的一些实施方式中，所述排气的时间为5s～30s，排气的真空袋为-98kpa～-50kpa。

43、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

44、在本技术实施例中，所提供的阻燃型凝胶电解质，包括阻燃聚合物和电解液，其中阻燃聚合物的化学式中含有溴代烷基、溴代烯基等含溴（br）的基团；由此，该阻燃型凝胶电解质在高温下c-br键会断裂，分解产生的br·自由基倾向于与h·自由基结合，有利于终止链式燃烧反应，从而降低电解质的燃烧风险，进而利于提升电池的安全性能。并且，阻燃聚合物中的含氧基团可以与锂离子发生配位作用，促进锂盐解离，增强离子传导性，利于提升电解质的电化学性能。

45、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。