凝胶电解质膜、凝胶聚合物锂离子电池及其制备方法,及电动车的制作方法_2

文档序号:9930595阅读:来源:国知局
发明一些较优的实施例中,所述步骤R2与所述步骤R3中,上述各组分可在如 下的温度条件下进行混合搅拌:-10°c~0°C、-5°C~0°C、-l°c~3°C、1°C~10°C、10°C~15 °C、15°C~25°C、25°C~30 °C或25 °C~28 °C ;具体的搅拌温度条件还可为:-10°C、-7°C、-3 。(:、0。(:、4。(:、7。(:、10。(:、13。(:、15。(:、21。(:、25。(:、28。(:或30。(:。
[0071] 在本发明一些较优的实施例中,所述步骤R2与所述步骤R3中,上述各组分可在如 下的时间混合揽摔:〇 ? 5h~94h、lh~90h、5h~84h、10h~72h、24h~72h、24h~60h、24h~ 48h、24h~36h、24h~30h、0?5h~4h、0?5h~4?5h、lh~8h、0?5h~0?7h、1?5h~4?5h或4?5h ~8.5h;具体的搅拌时间还可为:0.5h、lh、2.5h、4.5h、5h、7.5h、8h、9.5h、11.5h、13.5h、 16.5h、18.5h、20.5h、24h、36.5h、45.3h、48h、69.5h、72h、78.5h、84h、88.5h、94.5hS96h。 [0072]在本发明中,所述极片包括正极极片及负极极片。所述正极极片可选自但不受限 于如下材料:钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元正极材料、镍钴铝三元正极材料等中的 一种或几种的混合物。所述负极极片可选自但不受限于如下材料:碳类负极材料、钛酸锂、 合金类负极材料、过渡金属氧化物负极材料等中的一种或几种的混合物。
[0073]所述高分子聚合物基体为一种或两种及其以上的复合物,所述高分子聚合物基体 可选自但不受限于:聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氧化乙烯 (PE0)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、偏氟乙烯-六氟丙烯 共聚物(PVdF-HFP)、聚乙烯(PE)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、热塑性丙烯酸树脂(B7 2、B44)等高 分子聚合物中的一种或几种的混合物。在本发明中一些较优的实施例中,所述高分子聚合 物基体的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为~21%、21%~39%、39% ~53%、53%~60%、1 %~11 %、5%~13%、13%~25%或33%~59%等,在本发明一些更 优的实施例中,所述高分子聚合物基体的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可 为:1%、3%、5%、7%、8.6%、9%、9.3%、10%、10.1%、13%、14%、16%、18%、20%、21%、 25%、27%、30%、32%、34%、35%、37%、40%、42%、45%、47%、50%、53%、57%、59% 或 60% 〇
[0074] 所述有机溶剂可选自但不受限于:丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP )、无水乙醇、二甲基 亚砜(DMS0)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)及乙酸乙酯等中的一种或几种。所述有机 溶剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为:21 %~89%、23%~87%、27%~ 83%、31%~76%、31%~57%、23%~57%、44%~67%、45%~71%、47%~59%、71%~ 90 %、75.1 %~86.3 %或78.2 %~85.2 %等,在本发明一些更优的实施例中,所述有机溶剂 的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为:20 %、21 %、27 %、32 %、35 %、39 %、 41%、43%、46%、47%、49%、51%、53%、54%、56%、57%、69%、51%、55%、57%、63%、 65%、67.6%、70.2%、74%、78%、81%、83%、85.2%、85.6%、87% 或 90%。
[0075] 所述锂盐可选自但不受限于:六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiCl〇4)、六氟砷酸锂 (LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiN (CF3S02)2)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3S0 3)、二草酸硼酸锂(LiB(C2〇4)2、氯代四氟硼酸锂 (LiBF 3Cl)、草酸二氟硼酸锂(LiODFB)、全氟甲基磺酸锂(LiCF3S03)、氟化锂(LiF)、碳酸锂 (LiC0 3)及氯化锂(LiCl)等中的一种或几种。所述锂盐的用量占所述凝胶电解质前驱体的 质量比进一步为:1 %~47%、2%~45%、4.5%~42.5%、7.6%~41 %、8%~39%、11 %~ 37 %、15.1 %~36.7 %、39 %~41 %或45 %~50 %等,在本发明一些更优的实施例中,所述 锂盐的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为:1%、2.6%、4.7%、5.1%、5.6%、 7%、11.5%、13.3%、15.7%、16.8%、17.6%、19.8%、21.5%、23.4%、25.3%、26.8%、 29.3%、30.5%、32.4%、34.1%、35%、40%、41.2%、43.2%、45.7%、46.8%、47.3%、 49.7%或 50%。
[0076] 在本发明一些较优的实施例中,在所配置成的所述凝胶电解质前驱体中的锂盐浓 度优选为0.1~3mol/L,其中,在本发明一些更优的实施例中,所述凝胶电解质前驱体中的 锂盐浓度进一步为0.5~2.1mol/L、0.7~1.5mol/L、0.7~1.2mol/L、1.0~2.5mol/L、2.1~ 35mol/L或1.8~2.5mol/L等,所述凝胶电解质前驱体中的锂盐浓度具体为:0 . lmol/L、 0?25mol/L、0?3mol/L、0?46mol/L、0?58mol/L、0?7mol/L、0?85mol/L、0?91mol/L、1?3mol/L、 1?5mol/L、1?7mol/L、1?85mol/L、2?0mol/L、2?3mol/L或3mol/L等。
[0077] 所述增塑剂可选自但不受限于:碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、1,4_ 丁内酯 (丫-BL)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(EMP)及乙酸 乙酯(EA)等中的一种或几种。所述增塑剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步 为:1%~53%、9%~48%、4.9%~16.5%、8.7%~12.3%、10.6%~21%、18%~26.4%、 16%~38.5%、13%~36.5%、36.5%~41.2%、20.6%~41.1%、41%~57%或 53.5%~ 60%等,在本发明一些更优的实施例中,所述增塑剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质 量比具体可为:1%、2.6%、4.5%、5.4%、5.8%、6.3%、7.4%、8.7%、9.5%、9.96%、 10.0%、10.6%、10.8%、11.4%、11.7%、12.8%、13.6%、14.9%、15.2%、16.7%、17.8%、 19.7%、20.8%、21.2%、22.5%、26.5%、29.6%、30.9%、33.5%、35.6%、36.7%、37.7%、 39.6%、41.3%、42.5%、43.4%、44.5%、47.6%、49.9%、52.3%、56%、57.3%、58.7%或 60%。其中,在本发明中一些实施例中,所述增塑剂为电解液的主要溶剂。
[0078] 所述无机材料纳米颗粒可选自但不受限于:纳米二氧化硅(Si02)、二氧化钛 (Ti02)、三氧化二铝(Al 2〇3)、偏铝酸锂(LiA102)、沸石、氮化锂(Li3N)及钛酸钡(BaTi0 3)等中 的一种或几种。所述无机材料纳米颗粒的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步 为:0.001%~39%、2%~37%、4.5%~34.5%、1.2%~12.5%、12.5%~14.5%、15%~ 23.1%、23.5%~35.2%、29.1%~34%或34%~40%等,在本发明一些更优的实施例中, 所述无机材料纳米颗粒的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为:〇. 001 %、 0.008% ^0.013% ^0.015% ^0.021 % ^0.032% ^0.045% ^0.0985% ^0.25% ^0.56% ^ 0.78%、0.93%、1%、2.3%、3.4%、5%、5.6%、5.8%、8.1%、8.9%、9.1%、9.6%、10.2%、 10.4%、10.5%、15.6%、17.5%、18.3%、19.3%、20.6%、23.8%、25.7%、28.8%、29.1%、 32.1%、33.4%、35.6%、37.4%、38.3%、39.1%、39.6%或 40%。
[0079]所述阻燃添加剂可选自但不受限于磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三 苯酯(TPP)和磷酸三丁酯(TBP)、一氟代甲基碳酸乙烯酯(CH2F-EC)、二氟代甲基碳酸乙烯酯 (CHF 2-EC)及三氟代甲基碳酸乙烯酯(CF3-EC)等中的一种或几种。在一些较优的实施例中, 所述阻燃添加剂的种类与用量可根据所设计的电池需求进行添加。所述阻燃添加剂的用量 占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为:0.001%~19.8%、2.6%~19%、3.1%~ 18.7%、3.7% ~17.6%、4.5% ~15.6%、5.6% ~14.3%、1% ~5.6%、5.6% ~12.4%、 12.5%~18.4%、18.4%~19.6%或15.3%~20%等,在本发明一些更优的实施例中,所述 阻燃添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为:0.001 %、〇. 007%、 0.016%、0.023%、0.031%、0.041%、0.065%、0.0985%、0.21%、0.49%、0.85%、1.0%、 4.3%、5.6%、5.9%、6%、7%、8.9%、9.1%、9.7%、10.1%、10.4%、11.5%、12.6%、 12.9%、13.1%、13.6%、14%、15 %、15.6%、15.7%、16.1%、16.5%、16.8%、17.2%、 17.6%、18.9%、19.2%、19.7%或 20%。
[0080] 所述成膜添加剂可选自但不受限于如下材料中的一种或几种的混合物:
[0081] a)气体成膜添加剂:二氧化硫(S02)、二氧化碳(C02)、一氧化碳(C0)及二硫化碳 (CS 2)等;
[0082] b)液体成膜添加剂:亚硫酸脂类(£3、?5、01^、0£5)、苯甲醚、碳酸亚乙烯酯(¥〇、四 氯乙烯(TCE)、丙烯酸腈、醋酸乙烯酯(VA)、二甲亚飒、环丙基亚飒、亚硝酸甲胺(ANN)、噻吩、 乙烯二氧噻吩、联苯、〇-三联苯、m-三联苯、氟代碳酸乙烯酯及DMSM等;
[0083] c)固体类:碳酸锂(Li2C03)、氧化锂(Li 20)、高氯酸钠(NaCKk)、碳酸钾(K2⑶3)、六 氟磷酸银(AgPF6)、三氟甲基磺酸铜(CuTF)、三氟甲基磺酰钙Ca(TFSA)2、氯化钠(NaCl)、三甲 基硅烷硼酸锂及硅酸锂(Li2Si03)等。所述成膜添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质 量比进一步为:〇.〇〇1%~19.7%、2.5%~19.1%、3.1% ~17.7%、4.1%~16.9%、4.5% ~15.6%、5% ~14.5%、6%~12.6%、6.6%~11.9%、12.3%~15.5%、15.4% ~17.6% 或17.3%~20%等,在本发明一些更优的实施例中,所述成膜添加剂的用量占所述凝胶电 解质前驱体的质量比具体可为 0.001%、0.007%、0.016%、0.023%、0.031%、0.041%、 0.065%、0.0985%、0.21%、0.49%、0.85%、1.0%、4.2%、5.0%、5.4%、6.3%、7.2%、 8.3%、9.1%、9.3%、10.1%、10.4%、11.5%、12.5%、12.8%、13.2%、13.4%、14.1%、 15.3%、15.7%、15.9%、16.1%、16.4%、16.7%、17.3%、17.7%、18.7%、19.1%、19.7% 或 20%。
[0084]所述防过充添加剂可选自但不受限于如下材料中的一种或几种的混合物:
[0085] a)烷基与芳香环相连,如环已基苯、异丙苯、叔丁苯及叔戊苯等;
[0086] b)芳香环上含卤,如氟苯、二氟苯、三氟苯及氯苯等;
[0087] c)芳香环上有烷氧基,如苯甲醚、氟代苯甲醚、二甲氧基苯及二乙氧基苯等;
[0088] d)芳香羧酸酯,如邻苯二甲酸二丁酯;
[0089] e)含苯环的羧酸酯,如碳酸甲苯酯和碳酸二苯酯;
[0090] f)二茂铁、联苯、3-氯甲氧基苯及环己基苯等。
[0091] 所述防过充添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为:0.001% ~10%、1.2%~9.6%、1.5%~9.5%、1.5%~8.5%、1.6%~7.6%、2.6%~6.8%、6.9% ~9.8%、7.8%~9.6%、8.2%~9.2%、5%~8%或9.1 %~9.9%等,在本发明一些更优的 实施例中,所述防过充添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为: 0.001%、0.007%、0.016%、0.023%、0.031%、0.041%、0.065%、0.0985%、0.21%、 0.49%、0.85%、1.0%、2.3%、2.6%、2.7%、3%、3.2%、3.9%、4.1%、4.7%、5.1%、 5.4%、5.9%、6.6%、6.9%、7.1%、7.6%、7.9%、8%、8.6%、8.7%、9.1%、9.5%、9.8%、 9.9% 或 10%〇
[0092]所述
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