[发明专利]一种含有环状醚类化合物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：锂盐和醚类化合物，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和环状醚类化合物的组分含量和种类，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。所述凝胶可应用于锂系电池等领域中，所述固态电解质可应用于锂系电池等领域中，例如锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等领域中。

技术领域

本发明属于凝胶及其制备技术领域，具体涉及一种含有环状醚类化合物的可凝胶化体系及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于人类活动造成化石能源急剧下降，部分能源即将枯竭，而由此引起的环境恶化，资源不合理的运用，给人类的生活和生产都带来了不可小觑的影响。为了满足人们日益增长的物质文化需求，同时也要确保人们安全绿色的进行生产生活，由此，开发新型安全环保的能源体系刻不容缓。

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，这也使得其成为研究领域和生产生活中的热点之一，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。众所周知，凝胶体系可以应用的领域很多，例如：可以将锂电池的电解液设计成凝胶电解液或者是固态电解质，从而改善了液体电解液的泄露问题，降低其安全隐患；也可以将凝胶体系引入到人体中，来进行人造器官的搭建；或者将凝胶体系应用到建筑材料等领域中。

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某种溶剂中，高温下使其溶于该溶剂，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，无论是作为锂离子二次电池的电解液，还是被应用于人造器官的搭建等领域，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的有机凝胶因子，而且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，而且容易出现因高分子分子量的不同而使得得到的凝胶体系也不尽相同、导致由所述凝胶制备得到的产品存在差异等问题。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。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种可凝胶化体系，该体系中包括锂盐和醚类化合物，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。

申请人在研究中发现，将锂盐和小分子环状醚类化合物混合，通过二者的相互作用(例如生成新的络合物或自组装作用等)和小分子环状醚类化合物的开环聚合或缩聚等方式可形成凝胶体系或固态体系，所述凝胶体系或固态体系不仅具备优于普通凝胶体系或固态体系的使用安全性，而且还具有较好的强度可调性，可以通过改变原材料的投料比，从源头上改善形成凝胶的强度，所述强度的改变可使得所述凝胶体系扩展到所述固态体系中，从而更加扩大了凝胶体系的应用范围。另外，所述凝胶体系或固态体系还具有可逆性，即所述凝胶体系或固态体系在室温下可以制备得到，经过高温处理(温度高于其转变温度)后，所述凝胶体系或固态体系会变得可以流动，若将其重新静置冷却(温度低于其转变温度)后，又能够恢复成原来的凝胶体系或固态体系，并且性质不会发生变化。基于这样的思路，完成了本发明。

本发明的第一个方面是提供一种可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：锂盐和醚类化合物，所述醚类化合物选自环状醚类化合物；体系中可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物的质量百分含量小于等于1wt％。