[发明专利]一种有机硅电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种有机硅电解质及其制备方法和应用，本发明中的有机硅电解质是通过各组分按质量百分比反应得到预聚物后交联固化，制备得到有机硅电解质；所述预聚物包括以下质量百分比的组分：有机硅电解质基体2~70%，高介电常数有机硅5~30%，锂盐10~40%，有机硅电解质基体改性无机填料1~20%，引发剂0.1~5%。本发明通过合成一种既有导锂能力又有无机颗粒表面改性能力的聚合物单体材料，还能固化成固体电解质，通过与无机颗粒的偶联改性，使其具有良好的分散能力，构建锂离子导通的特殊界面通道改善电解质性能，固态化的结构增强了电池的安全性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，更具体地，涉及一种有机硅电解质及其制备方法和应用。

背景技术

目前，商业化锂离子电池电解液主要是溶解有六氟磷酸锂( LiPF₆ ) 的环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂体系，该体系锂盐溶解性好、离子电导率高，在石墨负极表面能形成稳定的固态电解质界面膜( SEI膜)等特点。然而，该类材料却存在易泄露、易挥发、易燃、抗氧化性不足等缺点，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高，并且容易引发安全事故。

随着市场对锂离子电池能量密度和安全性要求越来越高，研发与之匹配的高电压及高安全电解质已成为电解液材料开发的当务之急。

申请号为CN201610055337.1的专利提供了一种新型锂离子电池用聚合物电解质及其制备方法。申请号为CN201010607369.0的专利提供了一种应用范围广的含聚醚链有机硅胺电解质及其在锂电池中的应用，合成的含聚醚链有机硅胺电解质具有良好的电化学性能，但这些电解质还存在着力学性能差、尺寸性能不稳定，有一定程度漏液危险。申请号为CN201610055337.1的专利提供了一种新型锂离子电池用聚合物电解质及其制备方法，通过将硅甲氧基封端聚醚低聚物作为基体聚合物，以硼酸类锂盐作为锂源的同时催化了基体聚合物的原位交联，从而制备端基交联的聚合物电解质。申请号为CN201710159748.X的专利提供了一种用端硅烷封端聚醚低聚物为预聚体，导电锂盐作为锂源，有机溶剂为增塑剂，锡类盐为催化剂交联固化而成的聚合物电解质及其在锂离子聚合物电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机硅电解质及其制备方法，解决电极接触不良、界面阻抗较大、电导率低、易结晶，适用温度范围窄，力学性能不理想等问题。

本发明的另一目的在于，提供有机硅电解质在锂离子电池中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机硅电解质，所述有机硅电解质通过预聚物交联固化制备得到；所述预聚物包括以下质量百分比的组分：有机硅电解质基体2~70%，高介电常数有机硅5~30%，锂盐10~40%，有机硅电解质基体改性无机填料1~20%，引发剂0.1~5%。

进一步地，所述有机硅电解质基体的化学通式为：

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不含长链聚醚的硅甲氧基封端聚醚低聚物或端硅烷封端聚醚低聚物做电解质基体，由于不含长链，聚醚硅甲氧基封端聚醚低聚物溶解锂盐的能力有限，无法形成锂离子长程导通通道，电解质导锂能力比较低，而端硅烷封端聚醚低聚物做电解质基体，仅能由双键进行聚合固化，无法对无机物进行偶联，与电极材料及无机填料表面的结合会比较差。本发明的长链聚醚链段则可以与锂离子相互作用，促进其解离，构建导通通道，改善锂离子传导。且长链聚醚链段的存在使得电解质保持一定机械强度的同时，兼具一定的柔韧性，有利于电池的长循环稳定性。

进一步地，所述有机硅电解质基体改性无机填料为有机硅电解质基体改性的纳米材料，所述高介电常数有机硅为环状碳酸酯改性有机硅。