[发明专利]一种含有无机纳米颗粒的可凝胶化体系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含有无机纳米颗粒的可凝胶化体系及其制备得到的凝胶和/或固态电解质、及其制备方法和应用。该体系中包括以下组分：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)无机纳米颗粒，所述醚类化合物选自环状醚类化合物；通过调节所述体系中锂盐、环状醚类化合物和无机纳米颗粒的组分含量和种类，可以制备得到强度可调、形成时间可调、转变温度可调，同时也具有可逆性的凝胶和/或固态电解质；所述制备方法简单、反应条件温和、反应周期短、产物收率高、制备成本低、易于实现工业化生产。所述凝胶和/或固态电解质可应用于锂系电池、建筑材料等领域中，所述固态电解质可以应用于锂系电池等领域中。

技术领域

本发明属于凝胶技术领域，具体涉及一种含有无机纳米颗粒的可凝胶化体系及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以其高比能量、高工作电压、宽工作温度范围、长循环寿命、无记忆效应以及快速充放电等优点成为新型能源技术研究的热点，不仅广泛应用于手机、笔记本电脑、数码类电子产品，而且在航空航天、人造卫星、小型医疗等领域中也得到了应用。但是锂离子电池也面临着安全性的问题，如电解液易挥发而引起的燃烧等安全隐患。

凝胶是介于液体和固体之间的一种半固态体系，它兼具液体和固体两者的优点和特点，由此，使得其成为研究领域和生产生活中的热点，也有很多的研究者想方设法的将各种材料设计成凝胶的状态来满足人们的应用。所以，使用凝胶电解液和固态电解质来代替锂离子电池中的液体电解液也是目前广大研究者解决电解液安全性最为常用的方法，通常，锂离子电池凝胶电解质或固态电解质都是由聚合物基体、电解质锂盐、增塑剂按照一定比例组成，相当于隔膜和电解液的集合体，聚氧化乙烯(PEO)是较早应用在固态聚合物电解质中的一种聚合物基体，由于其本身结构规整性好，易于结晶，但是结晶度高会降低锂离子的迁移，所以由它制备得到的固态电解质在室温下的离子电导率较低，另外，由于PEO可部分溶于酯类电解液中，所以其制得的凝胶电解液机械强度较差。

目前来看，普遍的凝胶体系搭建主要有两种：一种是将一种或者多种高分子直接引入到溶剂中，使其形成网络结构或者互穿网络结构，这种凝胶的强度较高；另外一种是将小分子的有机凝胶因子引入其中，使其在高温下溶于某种溶剂中，而在室温或者低温下形成凝胶，这种凝胶的强度一般都比较低。对于上述两种方式形成的凝胶体系，都不可避免的从原料上引入高分子或者合成步骤比较复杂的小分子有机凝胶因子于其中，通常会使用比较繁琐冗长的实验方法，制备费时费力费原料，而且容易出现高分子分子量的不同，得到的凝胶体系就不尽相同，由所述凝胶制备得到的产品也会存在差异。且目前报道的凝胶体系都是不可逆的，即在凝胶被破坏后，很难再恢复原来的形貌和优势，这也限制了凝胶的使用与推广。而将凝胶体系引入到锂电池的电解液设计中，如何使得制备得到的锂电池既能具有较高的安全性，又能具有较好的充放电效率，也是人们迫切需要解决的。再或者是将凝胶体系引入到建筑材料的制备中，若使得制备得到的新型建筑材料具有轻质、强度高、又可达到A级防火标准等性能，也比较具有其特殊的商业价值。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：锂盐、醚类化合物和无机纳米颗粒，所述醚类化合物选自环状醚类化合物。

本发明的目的之二在于提供一种上述可凝胶化体系经凝胶化制备得到的凝胶或固态电解质，及所述凝胶或固态电解质的制备方法和应用。

本发明的目的之三在于提供一种凝胶电解液及其制备方法和应用，所述凝胶电解液包括上述的凝胶。