[发明专利]一种可用于离子电池的复合凝胶电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可用于离子电池的复合凝胶电解质及其制备方法，该复合凝胶电解质是由包括双键封端的聚乙二醇、巯基酯类化合物、腈类化合物和功能性填料在内的原料经紫外光辐照得到的有机‑无机杂化交联结构材料；其中，腈类化合物中还混合有锂盐或钠盐，功能性填料为炔基封端的超支化聚离子液体功能化的还原氧化石墨烯，在该功能性填料中炔基封端的超支化聚离子液体接枝在还原氧化石墨烯的表面。本发明通过对该复合凝胶电解质的关键组成及结构，以及相应制备方法进行改进，与现有技术相比能够有效的解决无机纳米粒子填料在基体中的分散性问题，提高各组分间的相容性以及电解质的稳定性，进而提高电池的性能。

技术领域

本发明属于凝胶电解质技术领域，更具体地，涉及一种可用于离子电池的复合凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人类的生活越来越离不开移动化学电源。离子电池，如锂离子电池，因具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，被广泛地应用在移动电话、手提电脑等便携式设备和电动车、新能源汽车等运输工具领域。

液态电解质电池具有界面阻抗低、电导率高等优点，但同时存在有机电解液易渗漏、易挥发、易燃等致命缺点，并且电池容易出现“鼓泡”问题。固态电解质电池具有避免漏液及腐蚀问题、质量轻、形状可定制、安全性高、放电稳定等优点，然而也存在界面阻抗较大的劣势，无法满足快充快放的要求。凝胶电解质结合了液态电解质和固态电解质的双重优势，因其形态和性能的特殊性备受关注。凝胶电解质既具有固态电解质可塑性和干态特点，有效地防止电池漏液，提高离子电池的安全性，而且较多离子液体或电解液的加入使其室温电导率接近液态电解质，能够满足实用的要求。

然而，凝胶电解质的机械强度较低，在其长期运用过程中，易发生短路甚至燃烧等一系列的安全问题，而直接混掺无机纳米填料虽然可以提高其机械强度，解决其安全问题，但无机纳米填料在基体中的分散性差，各组分间的相容性差，导致电解质的稳定性降低，进而影响电池的综合性能。其他离子电池(如钠离子电池等)也存在相似的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种可用于离子电池的复合凝胶电解质及其制备方法，其中通过对该复合凝胶电解质的关键组成及结构(尤其是填料等的核心组成、化学结构，包括添加量等)，以及相应制备方法的整体流程工艺设计及各个步骤的条件与参数(如反应原料的种类及配比、反应温度及时间等)进行改进，相应的形成有机-无机杂化交联结构的复合凝胶电解质材料，与现有技术相比能够有效的解决无机纳米粒子填料在基体中的分散性问题，提高各组分间的相容性以及电解质的稳定性，进而提高电池的性能；并且，本发明中可用于离子电池的复合凝胶电解质可使用清洁、高效的紫外光固化反应得到，电解质的生产也符合环保的要求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可用于离子电池的复合凝胶电解质，其特征在于，该复合凝胶电解质为经紫外光辐照交联得到有机-无机杂化交联结构材料；所述复合凝胶电解质由包括双键封端的聚乙二醇、巯基酯类化合物、腈类化合物和功能性填料在内的原料经紫外光辐照得到；该复合凝胶电解质中还混合有锂盐或钠盐，其中，所述功能性填料为炔基封端的超支化聚离子液体功能化的还原氧化石墨烯，在该功能性填料中所述炔基封端的超支化聚离子液体接枝在所述还原氧化石墨烯的表面，接枝量为20wt.％～60wt.％；所述功能性填料的含量优选为所述双键封端的聚乙二醇、所述巯基酯类化合物、所述腈类化合物、以及所述锂盐总量的0.1wt.％～5wt.％，或者为所述双键封端的聚乙二醇、所述巯基酯类化合物、所述腈类化合物、以及所述钠盐总量的0.1wt.％～5wt.％。

作为本发明的进一步优选，所述炔基封端的超支化聚离子液体具有如式(I)所示的化学结构：

其中，TFSI^-为阴离子，优选为双三氟甲基磺酸亚酰胺阴离子；n＝10～50。