本發(fā)明涉及鋰二次電池制備，具有涉及一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)、鋰二次電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，鋰離子電池由于其重量輕、能量密度高，循環(huán)性能和倍率性能良好在消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)商業(yè)化取得了巨大的成功。隨著電動(dòng)力汽車的興起，因?yàn)檐囕v續(xù)航里程和使用壽命的追求使得鋰離子電池不斷在提高電池的能量密度和循環(huán)壽命。而傳統(tǒng)鋰電池的液態(tài)電解質(zhì)使用易燃的有機(jī)溶劑，具有漏液和易燃風(fēng)險(xiǎn)，限制了電池的性能提高。

2、凝膠電解質(zhì)相比于液體電解液具有不漏液，穩(wěn)定性好，安全性高，可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)槟z電解質(zhì)本身粘度較高，在大尺寸電池中浸潤(rùn)性和均勻性較差。中國(guó)專利申請(qǐng)cn104966848a公開了一種凝膠電解質(zhì)，該電解質(zhì)由聚乙烯醇、酸酐和異氰酸酯為原料，在引發(fā)劑、交聯(lián)劑、鋰鹽及有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)反應(yīng)制得，但其中所有原料在混合時(shí)不可避免的開始發(fā)生反應(yīng)，使得整體粘度上升，難以在電池中均勻分布。其他方法如輻射法形成聚合電解質(zhì)同樣在大尺寸大厚度電池中難以保證反應(yīng)條件的一致性和電解質(zhì)的均勻性，從而對(duì)電池整體性能產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有凝膠電解質(zhì)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)以滿足鋰電池使用的需求。所述復(fù)合凝膠電解質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)凝膠電解質(zhì)在鋰二次電池中的均勻分布，并提高鋰二次電池的性能。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)，復(fù)合凝膠電解質(zhì)由電解質(zhì)鹽、溶劑、復(fù)合聚合物組成，納米復(fù)合凝膠電解質(zhì)中電解質(zhì)鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-30％，溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-80％，復(fù)合聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20％。

3、所述的復(fù)合凝膠電解質(zhì)中復(fù)合聚合物由改性納米顆粒與有機(jī)前驅(qū)體反應(yīng)生成，其中改性納米顆粒與有機(jī)前驅(qū)體的質(zhì)量比為2：1-1：4。

4、所述改性納米粒子為al2o3、納米sio2、納米zno、納米sno2或納米tio2的至少一種，所述改性納米粒子的尺寸為5-500nm。

5、所述改性納米粒子是具有固化基團(tuán)修飾的納米粒子。其中固化基團(tuán)包括但不限于氨基、羧基。

6、所述有機(jī)前驅(qū)體具有可與改性納米粒子的固化基團(tuán)反應(yīng)的基團(tuán)。有機(jī)前驅(qū)體包括但不限于環(huán)氧基。

7、所述復(fù)合凝膠電解質(zhì)中電解質(zhì)鹽為liclo4、lipf6、lioh、litfsi、lifsi或lifnfsi中的一種或幾種；所述有機(jī)溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的一種或幾種。

8、一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)制備的鋰二次電池，其中包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜和復(fù)合凝膠電解質(zhì)，所述復(fù)合凝膠電解質(zhì)填充滿整個(gè)電池空間，包括正極極片、負(fù)極極片及隔膜。

9、正極極片可通過將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、改性納米粒子在溶劑中制成漿料涂布在鋁箔上得到，所述正極活性物質(zhì)可以為鎳鈷鋁三元材料、鎳鈷錳三元材料、鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰或磷、硫、多硫化鋰。

10、正極極片也可以通過將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、纖維粘結(jié)劑、改性納米粒子通過干法混合、原纖維化、壓延成型后與鋁箔復(fù)合得到。所述正極活性物質(zhì)可以為鎳鈷鋁三元材料、鎳鈷錳三元材料、鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰或磷、硫、多硫化鋰。

11、負(fù)極極片可通過將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、改性納米粒子在溶劑中制成漿料涂布在銅箔上得到，所述負(fù)極活性物質(zhì)可以是石墨、硅、氧化亞硅等材料。

12、負(fù)極極片也可以通過將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、纖維粘結(jié)劑、改性納米粒子通過干法混合、原纖維化、壓延成型后與銅箔復(fù)合得到。所述負(fù)極活性物質(zhì)可以是石墨、硅、氧化亞硅等材料。

13、隔膜可以是多孔pe膜、多孔pp/pe/pp復(fù)合膜、無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)膜或聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜。

14、所述的鋰二次電池制備方法，步驟如下：

15、(a)制備正負(fù)極片時(shí)，將改性納米粒子通過干法或者濕法混入鋰二次電池正負(fù)極片中，其中改性納米粒子占正極、負(fù)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％。

16、(b)將改性納米粒子加入到有機(jī)溶劑中，充分?jǐn)嚢栊纬赡z狀漿料。

17、(c)將步驟(b)制備的膠狀漿料涂布于隔膜兩側(cè)，真空干燥得到涂布有納米粒子涂層的隔膜；

18、(d)講有機(jī)前驅(qū)體混合入鋰二次電池電解液中并混合均勻，其中有機(jī)前驅(qū)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-20％。

19、(e)按照步驟(a)制備的正極極片、步驟(c)制備的涂布有納米粒子涂層的隔膜和步驟(a)制備的負(fù)極極片順序組裝并包裝為電芯；

20、(f)向電芯中注入步驟(d)制備的含有有機(jī)前驅(qū)體的電解液，浸潤(rùn)整個(gè)電芯后將電芯封裝。

21、(g)靜置或通過加熱等待有機(jī)前驅(qū)體和納米粒子反應(yīng)，最終形成凝膠電解質(zhì)電池。

22、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的復(fù)合凝膠電解質(zhì)鋰二次電池將反應(yīng)必須的改性納米粒子均勻的分散在電池的正極、負(fù)極及隔膜中。有機(jī)前驅(qū)體通過低粘度電解液可以順利的浸潤(rùn)電池的極片和隔膜。這種方法可以有效的控制凝膠在電池中均勻形成，從而提高電池的性能。在大尺寸電池中效果更加突出。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)，其特征在于：復(fù)合凝膠電解質(zhì)由電解質(zhì)鹽、溶劑、復(fù)合聚合物組成，納米復(fù)合凝膠電解質(zhì)中電解質(zhì)鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-30％，溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-80％，復(fù)合聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述復(fù)合聚合物由改性納米顆粒與有機(jī)前驅(qū)體反應(yīng)生成，其中改性納米顆粒與有機(jī)前驅(qū)體的質(zhì)量比為2：1-1：4。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合聚合物，其特征在于，所述改性納米粒子為al2o3、納米sio2、納米zno、納米sno2或納米tio2的至少一種，所述改性納米粒子的尺寸為5-500nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合聚合物，其特征在于，所述改性納米粒子是具有固化基團(tuán)修飾的納米粒子，其中固化基團(tuán)包括但不限于氨基、羧基。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合聚合物，其特征在于，所述有機(jī)前驅(qū)體具有可與權(quán)利要求4中固化基團(tuán)反應(yīng)的基團(tuán)，有機(jī)前驅(qū)體包括但不限于環(huán)氧基。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合凝膠電解質(zhì)，其特征在于，所述電解質(zhì)鹽為liclo4、lipf6、lioh、litfsi、lifsi或lifnfsi中的一種或幾種；所述有機(jī)溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的一種或幾種。

7.利用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的復(fù)合凝膠電解質(zhì)制備的鋰二次電池，其特征在于，所述鋰二次電池包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜和復(fù)合凝膠電解質(zhì)，所述復(fù)合凝膠電解質(zhì)填充整個(gè)電池空間，包括正極極片、負(fù)極極片及隔膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰二次電池制備方法，其特征在于，步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種復(fù)合凝膠電解質(zhì)及其制備方法及應(yīng)用，該復(fù)合凝膠電解質(zhì)由電解質(zhì)鹽、溶劑、復(fù)合聚合物組成。其中復(fù)合聚合物由有機(jī)前驅(qū)體與納米粒子反應(yīng)獲得。有機(jī)前驅(qū)體與納米粒子可在不同階段通過不同方式加入電池，使得凝膠電解質(zhì)在電池中的分布更加均勻，便于大尺寸電池的制造及批量生產(chǎn)。該復(fù)合凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與同類型電解液接近，達(dá)5*10<supgt;?3</supgt;S/cm。交聯(lián)聚合獲得的聚合物與納米粒子提高了凝膠的穩(wěn)定性，抑制電極活性材料的膨脹破裂，提高了電池的兼容性、安全性能及循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張莉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：道克特斯（天津）新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19