凝胶电解质和电极的制作方法

技术特征：

1.一种包含组分a)-c)的凝胶电解质，其中：

a)至少一种包含聚合单元a1)和a2)的聚合物的至少一个层：

a1)至少一种含i)烯属不饱和单元和ii)酰胺基的单体，其中酰胺基的碳原子经由化学键与烯属不饱和单元的一个碳原子连接，和

a2)至少一种包含i)至少两个烯属不饱和单元和ii)具有至少两个碳原子的间隔基的交联剂，其中两个烯属不饱和单元经由间隔基连接在一起；

b)至少一种导电盐；

c)至少一种溶剂；

其中单体a2)选自式(II)的化合物：

其中：

K为-C(O)-L-C(O)-；

L为-NH-(CH2)p-O-(CH2-CH2-O)m-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2-NH-或-NH-(CHR⁶-CH2-O)m-(CH2-CH2-O)n-(CH2-CHR¹¹-O)o-CH2-CHR¹⁴-NH-；

R³和R¹²各自为H；

R⁶，R¹¹和R¹⁴各自为甲基；

m和o各自独立地为2-5的整数；

n为7-10的整数；且

o为1-3的整数。

2.根据权利要求1的凝胶电解质，其中所述聚合物额外包含聚合单元a3)：

a3)至少一种包含烯属不饱和单元的其他单体，其为苯乙烯、选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或马来酸的阴离子单体，或所述阴离子单体的盐。

3.根据权利要求1或2的凝胶电解质，其中单体a1)选自式(I)的化合物：

其中：

R¹为C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H、C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或C1-C3烷基；

R⁵为H或C1-C18烷基；

X为O、NH或S；

m和n各自独立地为1-16的整数，且

o为0-10的整数。

4.根据权利要求3的凝胶电解质，其中在式(I)的单体a1)中：

R¹为-(CHR⁴)m-O-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H或C1-C5烷基；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或甲基；

R⁵为C1-C5烷基；

m和n各自独立地为1-10的整数；且

o为0-10的整数。

5.根据权利要求4的凝胶电解质，其中：

R¹为-(CH2-CH2-O)m-R⁵或-CH2-CHR⁷-O-(CH2-CHR⁹-O)n-(CH2-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H；

R³，R⁹和R¹¹各自独立地为H或甲基；

R⁵为C1-C5烷基；且

R⁷为H或甲基；

m，n和o各自独立地为2-8的整数。

6.根据权利要求1或2的凝胶电解质，其中所述导电盐为LiPF6、LiBOB或LiTFSI。

7.根据权利要求1或2的凝胶电解质，其中所述溶剂选自1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)。

8.根据权利要求7的凝胶电解质，其中所述溶剂为1,3-DOL和1,2-DME的1:1混合物。

9.根据权利要求1或2的凝胶电解质，其中单体a2)与单体a1)之比为1:1-1:100(重量％/重量％)。

10.一种电化学电池，其包含根据权利要求1的凝胶电解质。

11.根据权利要求10的电化学电池，额外包含Li阳极和/或硫阴极。

12.根据权利要求10或11的电化学电池，其包含电极，所述电极包含组分a)的至少一种聚合物的至少一个层。

13.根据权利要求12的电化学电池，其中所述电极进一步包含组分d)和e)，其中：

d)至少一个电活性层；

e)至少一个陶瓷层；

其中组分a)被A)组分e)或B)组分d)和组分e)完全覆盖。

14.根据权利要求10或11的电化学电池，其为电池组。

15.根据权利要求14的电化学电池，其为Li/S电池组。

16.一种电池组，其包含根据权利要求1的凝胶电解质。

17.根据权利要求16的电池组，其为Li/S电池组。

18.根据权利要求16的电池组，其包含如权利要求12或13所定义的电极。

19.一种制备根据权利要求1的凝胶电解质的方法，其中通过自由基聚合获得组分a)的聚合物层。

20.根据权利要求19的方法，其中所述自由基聚合在电极表面上进行。

21.根据权利要求20的方法，其中所述表面为Li阳极的表面。

22.一种包含组分a)、d)和e)的电极，其中：

a)至少一种包含聚合单元a1)和a2)的聚合物的至少一个层：

a1)至少一种含i)烯属不饱和单元和ii)酰胺基的单体，其中酰胺基的碳原子经由化学键与烯属不饱和单元的一个碳原子连接，和

a2)至少一种包含i)至少两个烯属不饱和单元和ii)具有至少两个碳原子的间隔基的交联剂，其中两个烯属不饱和单元经由间隔基连接在一起；

d)至少一个电活性层；

e)至少一个陶瓷层；

其中组分a)被A)组分e)或B)组分d)和组分e)完全覆盖；且

其中单体a2)选自式(II)的化合物：

其中：

K为-C(O)-L-C(O)-；

L为-NH-(CH2)p-O-(CH2-CH2-O)m-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2-NH-或-NH-(CHR⁶-CH2-O)m-(CH2-CH2-O)n-(CH2-CHR¹¹-O)o-CH2-CHR¹⁴-NH-；

R³和R¹²各自为H；

R⁶，R¹¹和R¹⁴各自为甲基；

m和o各自独立地为2-5的整数；

n为7-10的整数；且

o为1-3的整数。

23.根据权利要求22的电极，其中所述聚合物额外包含聚合单元a3)：

a3)至少一种包含烯属不饱和单元的其他单体，其为苯乙烯、选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或马来酸的阴离子单体，或所述阴离子单体的盐。

24.根据权利要求22或23的电极，其中单体a1)选自式(I)的化合物：

其中：

R¹为C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H、C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或C1-C3烷基；

R⁵为H或C1-C18烷基；

X为O、NH或S；

m和n各自独立地为1-16的整数，且

o为0-10的整数。

25.根据权利要求22或23的电极，其中在式(I)的单体a1)中：

R¹为-(CHR⁴)m-O-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H或C1-C5烷基；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或甲基；

R⁵为C1-C5烷基；

m和n各自独立地为1-10的整数；且

o为0-10的整数。

26.根据权利要求22或23的电极，其中单体a2)与单体a1)之比为1:1-1:100(重量％/重量％)。

27.根据权利要求22或23的电极，其中所述陶瓷层为包含至少一种选自Li、P、N、O、S或Se的元素的离子导电性陶瓷层。

28.根据权利要求27的电极，其中所述陶瓷层选自LiPON、Li2O或Li3N。

29.根据权利要求22或23的电极，其中所述电极为阳极。

30.根据权利要求29的电极，其中所述阳极为Li阳极。

31.根据权利要求22或23的电极，其中所述电活性层选自锂金属或锂金属合金。

32.根据权利要求22或23的电极，其中所述电极为阴极。

33.根据权利要求32的电极，其中所述阴极为硫阴极。

34.一种电化学电池，其包含根据权利要求22的电极。

35.根据权利要求34的电化学电池，其额外包含凝胶电解质，所述凝胶电解质包含组分a)的至少一种聚合物的至少一个层。

36.根据权利要求35的电化学电池，其中所述凝胶电解质进一步包含组分b)和c)，其中：

b)至少一种导电盐；

c)至少一种溶剂。

37.根据权利要求36的电化学电池，其中所述导电盐为LiPF6、LiBOB或LiTFSI。

38.根据权利要求36的电化学电池，其中所述溶剂选自1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)。

39.根据权利要求34或35的电化学电池，其为电池组。

40.一种电池组，其包含根据权利要求22或23的电极。

41.根据权利要求40的电池组，其中所述电池组为Li/S电池组。

42.根据权利要求40的电池组，其包含如权利要求35所定义的凝胶电解质。

43.一种制备根据权利要求22或23的电极的方法，其中通过自由基聚合获得组分a)的聚合物层。

44.一种包含组分a)的电化学电池，其中：

a)至少一种包含聚合单元a1)和a2)的聚合物的至少一个层：

a1)至少一种含i)烯属不饱和单元和ii)酰胺基的单体，其中酰胺基的碳原子经由化学键与烯属不饱和单元的一个碳原子连接，和

a2)至少一种包含i)至少两个烯属不饱和单元和ii)具有至少两个碳原子的间隔基的交联剂，其中两个烯属不饱和单元经由间隔基连接在一起；

其中单体a2)选自式(II)的化合物：

其中：

K为-C(O)-L-C(O)-；

L为-NH-(CH2)p-O-(CH2-CH2-O)m-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2-NH-或-NH-(CHR⁶-CH2-O)m-(CH2-CH2-O)n-(CH2-CHR¹¹-O)o-CH2-CHR¹⁴-NH-；

R³和R¹²各自为H；

R⁶，R¹¹和R¹⁴各自为甲基；

m和o各自独立地为2-5的整数；

n为7-10的整数；且

o为1-3的整数。

45.根据权利要求44的电化学电池，其中所述聚合物额外包含聚合单元a3)：

a3)至少一种包含烯属不饱和单元的其他单体，其为苯乙烯、选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或马来酸的阴离子单体，或所述阴离子单体的盐。

46.根据权利要求44或45的电化学电池，其中单体a1)选自式(I)的化合物：

其中：

R¹为C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H、C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或C1-C3烷基；

R⁵为H或C1-C18烷基；

X为O、NH或S；

m和n各自独立地为1-16的整数，且

o为0-10的整数。

47.根据权利要求44或45的电化学电池，其中在式(I)的单体a1)中：

R¹为-(CHR⁴)m-O-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H或C1-C5烷基；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或甲基；

R⁵为C1-C5烷基；

m和n各自独立地为1-10的整数；且

o为0-10的整数。

48.根据权利要求44或45的电化学电池，其中单体a2)与单体a1)之比为1:1-1:100(重量％/重量％)。

49.根据权利要求44或45的电化学电池，其包含凝胶电解质，所述凝胶电解质包含组分a)的至少一种聚合物的至少一个层。

50.根据权利要求49的电化学电池，其中所述凝胶电解质进一步包含组分b)和c)，其中：

b)至少一种导电盐；

c)至少一种溶剂。

51.根据权利要求50的电化学电池，其中所述导电盐为LiPF6、LiBOB或LiTFSI。

52.根据权利要求50的电化学电池，其中所述溶剂选自1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)。

53.根据权利要求44或45的电化学电池，其包含电极，所述电极包含组分a)的至少一种聚合物的至少一个层。

54.根据权利要求53的电化学电池，其中所述电极进一步包含组分d)和e)，其中：

d)至少一个电活性层；

e)至少一个陶瓷层；

其中组分a)被A)组分e)或B)组分d)和组分e)完全覆盖。

55.根据权利要求53的电化学电池，其中所述电极为阳极。

56.根据权利要求44或45的电化学电池，其中所述电化学电池包含根据权利要求49的凝胶电解质和至少一个根据权利要求53的电极。

57.根据权利要求44或45的电化学电池，其为电池组。

58.根据权利要求57的电化学电池，其为Li/S电池组。

59.一种电池组，其包含如权利要求44所定义的聚合物。

60.根据权利要求59的电池组，其为Li/S电池组。

61.根据权利要求59的电池组，其包含根据权利要求49的凝胶电解质和至少一个根据权利要求53的电极。

62.一种制备根据权利要求44的电化学电池的方法，其中通过自由基聚合获得组分a)的聚合物层。

63.根据权利要求62的方法，其中所述自由基聚合在电极表面上进行。

64.至少一种包含聚合单元a1)和a2)的聚合物的用途：

a1)至少一种含i)烯属不饱和单元和ii)酰胺基的单体，其中酰胺基的碳原子经由化学键与烯属不饱和单元的一个碳原子连接，和

a2)至少一种包含i)至少两个烯属不饱和单元和ii)具有至少两个碳原子的间隔基的交联剂，其中两个烯属不饱和单元经由间隔基连接在一起；

其用作电极、电解质、隔离体、电池组、用于电化学电池中的制品中的聚合物层，或者用于电化学电池中；

其中单体a2)选自式(II)的化合物：

其中：

K为-C(O)-L-C(O)-；

L为-NH-(CH2)p-O-(CH2-CH2-O)m-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2-NH-或-NH-(CHR⁶-CH2-O)m-(CH2-CH2-O)n-(CH2-CHR¹¹-O)o-CH2-CHR¹⁴-NH-；

R³和R¹²各自为H；

R⁶，R¹¹和R¹⁴各自为甲基；

m和o各自独立地为2-5的整数；

n为7-10的整数；且

o为1-3的整数。

65.根据权利要求64的用途，其中所述聚合物额外包含聚合单元a3)：

a3)至少一种包含烯属不饱和单元的其他单体，其为苯乙烯、选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或马来酸的阴离子单体，或所述阴离子单体的盐。

66.根据权利要求64或65的用途，其中单体a1)选自式(I)的化合物：

其中：

R¹为C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H、C1-C10烷基、-(CHR⁴)m-X-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或C1-C3烷基；

R⁵为H或C1-C18烷基；

X为O、NH或S；

m和n各自独立地为1-16的整数，且

o为0-10的整数。

67.根据权利要求64或65的用途，其中在式(I)的单体a1)中：

R¹为-(CHR⁴)m-O-R⁵、-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-R⁵或-(CHR⁶-CHR⁷-O)m-(CHR⁸-CHR⁹-O)n-(CHR¹⁰-CHR¹¹-O)o-R⁵；

R²为H或C1-C5烷基；

R³，R⁴和R⁶-R¹¹各自独立地为H或甲基；

R⁵为C1-C5烷基；

m和n各自独立地为1-10的整数；且

o为0-10的整数。

68.根据权利要求64或65的用途，其中单体a2)与单体a1)之比为1:1-1:100(重量％/重量％)。

69.根据权利要求64或65的用途，其中所述聚合物层通过自由基聚合获得。

70.根据权利要求69的用途，其中所述自由基聚合在电极表面上进行。