[发明专利]一种耐低温胶体电解质及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐低温胶体电解质及其制备方法、锂离子电池。本发明提供的耐低温胶体电解质，本发明提出了一种添加防冻剂的胶体电解质，通过各组分的选择和用量的配合，这种胶体电解质具有准固态特性，在离子电导率方面和水溶液电解质接近，所以既解决了水溶液电解质在应用中存在的一些问题，又在电导率方面要远优于传统凝胶电解质。其中，聚合物、防冻剂相互配合与水形成较强的协同氢键，能够牢固地锚定水分子，使水凝胶即使在低温下也具有良好的抗冻性和长期稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐低温胶体电解质及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

为了使电池进一步在更加苛刻的条件下应用，适应不同地区的低温环境，需要对电池的低温性能进行进一步的研究。但目前对于水系电池的低温性能研究还处于起步阶段。由于水系电池的电解质溶剂是水，其热力学冰点为0℃。因此，水系电池的一个缺点是它们在较低温度下的电化学性能有限。

导致水系电池在低温条件下性能不佳的原因可以归纳为以下几点：(1)对于电解质，纯水在0℃时就会冻结。即使由于添加了溶质而导致冰点降低，但电解质的粘度也会增加，高粘度会减慢离子在电解液中的传输速度，导致离子导电性的显著下降，增加电池的极化，并且会阻碍电极和电解液之间界面的润湿性；(2)对于电极材料来说，随着温度的降低，离子的插层动力学明显下降。同时，电荷传输阻抗迅速增加，这将对电池容量产生不利影响；(3)其他电池部件(如粘结剂、隔膜、导体等)的恶化也会导致电池性能衰减。为了满足在各种寒冷环境下，甚至是极端条件下储能的实际应用要求，水系电池需要在比常温更低的温度下工作。

电解质对水系锂离子电池正负极的循环可逆性、倍率性能有重要影响，为了改善电池性能，加速水系锂离子电池的实用化进程，众多研究者不断对电解质体系进行研究和改进。例如，现有技术中公开了一种用于锌基电池的抗冻凝胶电解质的制备方法，通过锌盐和锂盐的协同水化作用，降低海藻酸钠-聚丙烯酰胺为基体的凝胶电解质的冻结温度。浸入锌盐和锂盐的抗冻水凝胶作为电解质，显示出良好的抗冻性和机械性能，具有优异的低温耐受性和循环稳定性。但是，上述电解质中，通过锌盐和锂盐的协同水化作用提升电解质性能，只能适用于负极为锌或锂的电池，对于采用其它负极的电池并不适用；同时，海藻酸钠会提高电解质的粘度，降低电解质的离子电导率，影响电池的电化学性能；另外，上述电解质的制备方法是先制备凝胶，再在锌盐、锂盐水溶液中浸泡得到的含金属离子的凝胶电解质，此类合成方法难以精准控制凝胶电解质中电解质离子的浓度，且电解质离子的浓度一般偏低，离子电导率低，不利于二次电池电化学性能的发挥。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的胶体电解质在组成和制备方法方面存在的上述缺陷，从而提供一种耐低温胶体电解质及其制备方法、锂离子电池。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种耐低温胶体电解质，以所述耐低温胶体电解质原料的总质量计，包括如下质量百分含量的组分：

聚合物单体10-15％；

防冻剂20-50％；

光引发剂0.2-0.3％；

交联剂0.4-0.6％；

锂离子电解质盐1.8-9.8％；

其他金属离子电解质盐5-27％；

可选地，所述的耐低温胶体电解质中，余量为水。

可选地，所述锂离子电解质盐为水溶性锂盐；

可选地，所述锂离子电解质盐选自硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、醋酸锂中的至少一种。

可选地，所述防冻剂为水溶性防冻剂；

可选地，所述防冻剂选自甘油、乙二醇中的至少一种。