電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法。其中，電解液凝膠是由含氰基的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑和鋰硫電池的電解液形成的凝膠態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明專利技術(shù)能夠減輕充放電過程中多硫化物的“飛梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法
本專利技術(shù)涉及電解液凝膠和鋰硫電池
，尤其涉及一種電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法。
技術(shù)介紹
近年來由于人類活動造成化石能源急劇下降，有些能源即將枯竭，而由此引起的環(huán)境惡化，資源不合理的運用，給人類的生活和生產(chǎn)都帶來了不可小覷的影響。為了滿足可再生能源戰(zhàn)略的快速發(fā)展，以及高功率電動車、便攜式電子設(shè)備以及大型醫(yī)療設(shè)施等方面的需求，開發(fā)高容量和高能量密度的新能源來推動社會發(fā)展和人類進步是刻不容緩的。眾所周知，鋰離子電池是在早期鋰電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鋰二次電池，也是目前人類生產(chǎn)生活正在使用的二次電池，但是因為其電極材料的固有限制，很難實現(xiàn)高容量和高能量密度的突破。而鋰硫電池除了其數(shù)倍于鋰離子電池的理論容量，還具有來源廣泛、廉價易得以及易于加工、無毒等優(yōu)勢，成為了許多研究者開展研究的焦點。鋰硫電池作為最具有潛在應(yīng)用價值的二次電池，而且是最有希望替代目前商品化的鋰離子電池新能源電池，當然它也有其固有的缺陷，例如硫本身是近乎絕緣的、多硫化物可溶在電解液中、活性物質(zhì)利用率低等，從而限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。廣大的研究者通過幾十年的研究，尤其是近十年，取得了重大的成果，但是很多研究都是圍繞著正極材料的設(shè)計，例如多孔碳包覆，納米管負載，石墨烯夾層，聚合物交聯(lián)等等各種方法，雖然在一定程度上使得鋰硫電池的電化學性能有了進一步的提高和穩(wěn)定，但是合成工藝繁瑣冗長，重復性差等缺點，限制了其商品化。另外，生活中很多動力電池發(fā)生爆炸，歸根究底是鋰電池內(nèi)部有機電解質(zhì)/電解液燃燒，引起電池燃燒甚至爆炸，帶來汽車的安全隱患。現(xiàn)有技術(shù)公開了一種通過萃取的方法得到的凝膠電解質(zhì)，但該萃取過程中溶劑很難完全揮發(fā)，從而導致電池的循環(huán)性能下降。鑒于此，如何提供一種電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法，以減輕充放電過程中多硫化物的“飛梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)性能成為目前需要解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法，能夠減輕充放電過程中多硫化物的“飛梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)性能。第一方面，本專利技術(shù)提供一種電解液凝膠，所述電解液凝膠是由含氰基的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑和鋰硫電池的電解液形成的凝膠態(tài)電解質(zhì)。可選地，所述含氰基的化合物，包括但不限于：丁二腈、氰乙基纖維素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一種或幾種；所述含氰基的化合物在所述電解液凝膠中的重量含量為0.5-10％；和/或，所述陰離子聚合的引發(fā)劑，包括但不限于：正丁基鋰、格氏試劑、六氟磷酸鋰、吡啶、金屬氨基化合物中的一種或者多種；所述陰離子聚合的引發(fā)劑在所述電解液凝膠中的重量含量為0.05％～1％。可選地，所述鋰硫電池的電解液中含有鋰鹽，所述鋰鹽，包括但不限于：雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰中的一種或者幾種；所述鋰鹽溶于所述鋰硫電池的電解液的溶劑中，所述溶劑，包括但不限于：1,3-二氧戊環(huán)、1,2-二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、氟代碳酸乙烯酯、聚乙二醇硼酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙烯醚中的一種或者幾種；所述鋰硫電池的電解液在所述電解液凝膠中的重量含量為89％～99％。第二方面，本專利技術(shù)提供一種上述電解液凝膠的制備方法，包括：將預(yù)設(shè)第一重量的含氰基的化合物完全溶解于鋰硫電池的電解液中，得到第一混合溶液；將預(yù)設(shè)第二重量的陰離子聚合的引發(fā)劑完全溶解于所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；將所述第二混合溶液以預(yù)設(shè)溫度加熱一段時間，使所述第二混合溶液中的陰離子聚合的引發(fā)劑引發(fā)氰基發(fā)生環(huán)化反應(yīng)或陰離子加成聚合反應(yīng)，待其充分反應(yīng)后降至室溫，在氰基交聯(lián)的同時，使所述鋰硫電池的電解液形成電解液凝膠。可選地，所述第二混合溶液加熱形成電解液凝膠的時間取決于所述第二混合溶液的體積；和/或，所述電解液凝膠的形成程度取決于所述含氰基的化合物和所述陰離子聚合的引發(fā)劑的添加量。第三方面，本專利技術(shù)提供一種上述電解液凝膠的制備方法，包括：將預(yù)設(shè)第一重量的含氰基的化合物完全溶解或分散在溶劑中得到含氰基化合物的溶液或分散液，并將該溶液或分散液涂布在鋰硫電池隔膜的表面；將預(yù)設(shè)第二重量的陰離子聚合的引發(fā)劑完全溶解于鋰硫電池的電解液中；將表面涂布有含氰基化合物的溶液或分散液的隔膜置于正極和負極之間組裝好，并注入溶有陰離子聚合的引發(fā)劑的鋰硫電池的電解液使正極、隔膜和負極得到充分浸潤，以預(yù)設(shè)溫度加熱一段時間得到電解液凝膠。第四方面，本專利技術(shù)提供一種鋰硫電池，包括：含硫正極、負極、位于正極與負極之間的隔膜和上述電解液凝膠。可選地，所述鋰硫電池為紐扣電池、卷繞式或?qū)盈B式電池；和/或，所述鋰硫電池的外包裝為鋼殼的硬包裝或軟塑包裝；和/或，所述正極，包括：正極集流體及形成于所述正極集流體表面的正極材料層；和/或，所述負極，包括：負極集流體及形成于該負極集流體表面的負極材料層；和/或，所述正極材料層中所用活性材料，包括：單質(zhì)的硫或者經(jīng)過納米包覆的含硫復合材料；和/或，所述負極材料層中所用活性材料，包括：人造石墨、天然石墨、碳納米管、石墨烯或鋰片；和/或，所述隔膜是具有多孔結(jié)構(gòu)的薄膜；所述隔膜為通過拉伸方法生產(chǎn)的聚乙烯、聚丙烯的單層或復合隔膜、在單層或復合隔膜表面進行有機或無機涂覆后形成的復合隔膜、或者通過抄紙或電紡絲方法制備的具有微纖結(jié)構(gòu)的玻璃纖維或高分子無紡布隔膜。第五方面，本專利技術(shù)提供一種上述鋰硫電池的制備方法，包括：將隔膜置于正極和負極之間組裝好；注入溶有含氰基的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑的鋰硫電池電解液，使正極、隔膜和負極得到充分浸潤；在氬氣的氣氛中，在無水、無氧的條件下以預(yù)設(shè)溫度加熱至所述陰離子聚合的引發(fā)劑分解引發(fā)交聯(lián)和聚合，反應(yīng)一段時間至電解液變色形成上述電解液凝膠，將凝膠型鋰硫電池封口后，得到凝膠型鋰硫電池。第六方面，本專利技術(shù)提供了一種上述鋰硫電池的制備方法，包括：將表面涂布有含氰基化合物的溶液或分散液的隔膜置于正極和負極之間組裝好；注入溶有陰離子聚合的引發(fā)劑的鋰硫電池電解液，使正極、隔膜和負極得到充分浸潤；在氬氣的氣氛中，在無水、無氧的條件下以預(yù)設(shè)溫度加熱至所述陰離子聚合的引發(fā)劑分解引發(fā)交聯(lián)和聚合，反應(yīng)一段時間至電解液變色形成上述電解液凝膠，將凝膠型鋰硫電池封口后，得到凝膠型鋰硫電池。由上述技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)的電解液凝膠、鋰硫電池及制備方法，能夠減輕充放電過程中多硫化物的“飛梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)性能。附圖說明圖1為本專利技術(shù)一實施例提供的一種電解液凝膠的制備方法的流程示意圖；圖2為本專利技術(shù)一實施例提供的一種鋰硫電池的制備方法的流程示意圖；圖3為本專利技術(shù)實施例提供的將電解液凝膠作為鋰硫電池電解液進行循環(huán)性能和庫倫效率測試的結(jié)果示意圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。本專利技術(shù)實施例提供了一種電解液凝膠，所述電解液凝膠是由含氰基(-CN)的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑和鋰硫電池的電解液形成的凝膠態(tài)電解質(zhì)。在具體應(yīng)用本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種電解液凝膠，其特征在于，所述電解液凝膠是由含氰基的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑和鋰硫電池的電解液形成的凝膠態(tài)電解質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解液凝膠，其特征在于，所述電解液凝膠是由含氰基的化合物、陰離子聚合的引發(fā)劑和鋰硫電池的電解液形成的凝膠態(tài)電解質(zhì)；其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纖維素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一種或幾種；所述鋰硫電池的電解液中含有鋰鹽和溶劑，所述鋰鹽可溶于所述鋰硫電池的電解液的溶劑中；所述溶劑：1,3-二氧戊環(huán)、1,2-二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙烯醚中的一種或者幾種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液凝膠，其特征在于，所述含氰基的化合物在所述電解液凝膠中的重量含量為0.5-10％；和/或，所述陰離子聚合的引發(fā)劑：正丁基鋰、格氏試劑、六氟磷酸鋰、吡啶、金屬氨基化合物中的一種或者多種；所述陰離子聚合的引發(fā)劑在所述電解液凝膠中的重量含量為0.05％～1％。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解液凝膠，其特征在于，所述鋰鹽選自：雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰中的一種或者幾種；所述鋰硫電池的電解液在所述電解液凝膠中的重量含量為89％～99％。4.一種權(quán)利要求1-3中任一項所述的電解液凝膠的制備方法，其特征在于，包括：將預(yù)設(shè)第一重量的含氰基的化合物完全溶解于鋰硫電池的電解液中，得到第一混合溶液，其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纖維素、氰乙基醣、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基聚乙二醇中一種或幾種；將預(yù)設(shè)第二重量的陰離子聚合的引發(fā)劑完全溶解于所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；將所述第二混合溶液以預(yù)設(shè)溫度加熱一段時間，使所述第二混合溶液中的陰離子聚合的引發(fā)劑引發(fā)氰基發(fā)生環(huán)化反應(yīng)或陰離子加成聚合反應(yīng)，待其充分反應(yīng)后降至室溫，在氰基交聯(lián)的同時，使所述鋰硫電池的電解液形成電解液凝膠。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述第二混合溶液加熱形成電解液凝膠的時間取決于所述第二混合溶液的體積；和/或，所述電解液凝膠的形成程度取決于所述含氰基的化合物和所述陰離子聚合的引發(fā)劑的添加量。6.一種權(quán)利要求1-3中任一項所述的電解液凝膠的制備方法，其特征在于，包括：將預(yù)設(shè)第一重量的含氰基的化合物完全溶解或分散在溶劑中得到含氰基化合物的溶液或分散液，并將該溶液或分散液涂布在鋰硫電池隔膜的表面，其中，所述含氰基的化合物：丁二腈、氰乙基纖維素、氰乙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周建軍，劉鳳泉，李林，
申請(專利權(quán))人：北京師范大學，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11