CN111106382B - 一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备得到的凝胶和/或固态电解质、及其制备方法和应用。该体系中包括以下组分：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)交联剂，所述(b)醚类化合物选自环状醚类化合物或直链醚类化合物中的至少一种；通过调节所述体系中锂盐、醚类化合物和交联剂的组分含量和种类，可以制备得到强度可调、形成时间可调的凝胶和/或固态电解质；所述制备方法简单、反应条件温和、反应周期短、产物收率高、制备成本低、易于实现工业化生产。所述凝胶和/或固态电解质可应用于锂系电池、建筑材料等领域中，所述固态电解质可以应用于锂系电池等领域中。

Description

一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于凝胶技术领域，涉及一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备方法和应用。
背景技术
化学电源在能量的存储和转化中发挥着重要的作用，在众多的电池体系中锂电池使用寿命更长，比体积能量密度与比重量能量密度更高，对环境的污染更小，受到了人们的广泛关注。
传统的液态电解质不仅存在漏液的危险，由于其易挥发、易燃易爆的特点，在使用过程中还容易出现热失控、着火等安全隐患。此外，锂枝晶的生成、SEI膜的生长不断消耗锂金属等问题也使有机电解液锂电池系统的应用面临着许多困难。固态及凝胶电解质的开发有利于从根本上解决锂枝晶生成、电极材料与电解液存在复杂反应以及安全性等一系列问题，可以明显提高电池寿命和使用过程中的可靠性。如传统的聚(环氧乙烷)(PEO)基固体聚合电解质由于能够与各种锂盐形成配合物而得到广泛研究。在这类电解质中，醚氧原子与阳离子产生溶剂化作用，通过聚合物链的链段运动传输阳离子，并且这种离子的传导主要发生在聚合物的无定形相中，但是PEO基固体聚合电解质通常具有较高的结晶度，在室温下仅能提供非常低的离子电导率，限制了其在实际应用中的潜力。
目前来看，普遍的凝胶体系搭建主要有两种：一种是将一种或者多种高分子直接引入到溶剂中，使其形成网络结构或者互穿网络结构，这种凝胶的强度较高；另外一种是将小分子的有机凝胶因子引入其中，使其在高温下溶于某种溶剂中，而在室温或者低温下形成凝胶，这种凝胶的强度一般都比较低。对于上述两种方式形成的凝胶体系，都不可避免的从原料上引入高分子或者合成步骤比较复杂的小分子有机凝胶因子于其中，通常会使用比较繁琐冗长的实验方法，制备费时费力费原料，而且容易出现高分子分子量的不同，得到的凝胶体系就不尽相同，由所述凝胶制备得到的产品也会存在差异。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：锂盐、醚类化合物和交联剂。
本发明的目的之二在于提供一种上述可凝胶化体系经凝胶化制备得到的凝胶或固态电解质，及所述凝胶或固态电解质的制备方法和应用。
本发明的目的之三在于提供一种凝胶电解液及其制备方法和应用，所述凝胶电解液包括上述凝胶。
申请人在研究中发现，将锂盐和醚类化合物(如小分子环状醚类化合物或直链醚类化合物)混合，通过二者的相互作用(例如生成新的络合物或自组装作用等)和/或小分子环状醚类化合物的开环聚合或缩聚；或者和小分子直链醚类化合物的断链聚合等方式可形成凝胶体系或固态体系。进一步研究发现，在形成上述体系的过程中添加交联剂，则制备得到的凝胶体系或固态体系，不仅具备优于普通凝胶体系或固态体系的使用安全性，而且通过调节可凝胶化体系中各组分的含量和种类，可以有效控制所述凝胶体系或固态体系的强度，所述强度的改变可使得所述凝胶体系扩展到所述固态体系中，从而更加扩大了所述体系的应用范围，比如除了应用于锂系电池外，还可以将该凝胶体系引入到建筑材料的制备中，使得制备得到的建筑材料具有轻质、强度高、可达到A级防火标准等特点，具有特殊的商业价值；此外，交联剂的加入不仅可以提高所述凝胶体系或固态体系的机械强度，而且还可以阻碍聚合物链段的规整排列，降低聚合物的结晶度，同时交联剂使得聚合物分子扩链交联，有效改善凝胶体系的成膜性能，提高电解质膜的孔隙率，使电解质膜能够吸附更多的液态电解液，从而提高锂离子在凝胶体系或固态体系中的迁移率和电导率。
本发明的第一个方面是提供一种可凝胶化体系，该体系中包括以下组分：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)交联剂；所述(b)醚类化合物选自环状醚类化合物或直链醚类化合物中的至少一种；体系中可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物的质量百分含量小于等于1wt％。
所述可凝胶化体系中，各组分的重量百分比之和为100wt％。
所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于30wt％且小于等于95wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％。
例如，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于等于10wt％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％。
再例如，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于10％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于90wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％。
其中，所述锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、全氟丁基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、铝酸锂、氯铝酸锂、氟代磺酰亚胺锂、氯化锂和碘化锂中的一种或多种；优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂等中的一种或两种或三种。
其中，所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的环状醚类化合物。
其中，所述环状醚类化合物可以是单环、稠合环(如双环)螺环或桥环。
其中，所述直链醚类化合物选自乙二醇二甲醚，乙二醇二乙醚，乙二醇甲乙醚，1,4-丁二醇二甲醚，1,4-丁二醇二乙醚，1,4-丁二醇甲乙醚等中的一种或多种。
其中，所述交联剂选自二缩水甘油醚类化合物(如间苯二酚二缩水甘油醚，乙二醇二缩水甘油醚，三甘醇二缩水甘油醚，双[4-(氧化缩水甘油)苯基]甲烷，新戊二醇二缩水甘油醚等)、双环氧化合物(如乙烯基环己烯二环氧化物，四氢茚二环氧化物等)、多缩水甘油醚类化合物(多指的是三以及三以上，如丙三醇三缩水甘油醚，三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，季戊四醇缩水甘油醚等)、苯酚、尿素、三聚氰胺、戊二醛、异氰酸酯类化合物(如二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯等)、正硼酸、硼酸盐、有机硼交联剂等中的一种或多种。优选地，所述交联剂选自二缩水甘油醚类化合物(如间苯二酚二缩水甘油醚，乙二醇二缩水甘油醚，三甘醇二缩水甘油醚，双[4-(氧化缩水甘油)苯基]甲烷或新戊二醇二缩水甘油醚等)、异氰酸酯类化合物(如二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯等)中的一种或多种。
根据本发明的一种实施方式，所述可凝胶化体系还包括(d)其他溶剂和/或电解液，所述(d)其他溶剂和/或电解液包括用于锂硫电池的电解液、用于锂硫电池的电解液的溶剂、用于锂离子电池的电解液、用于锂离子电池的电解液的溶剂中的至少一种。
所述可凝胶化体系中，所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
例如，所述可凝胶化体系中，所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
本发明的第二个方面是提供一种凝胶，其由上述的可凝胶化体系经凝胶化得到；其中，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
例如，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于等于10wt％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
其中，所述凝胶的胶凝温度为25～170℃，例如为25～100℃。
其中，所述凝胶的导电率为10-5～10-1S/cm，例如为10-5～3×10-2S/cm。
本发明的第三个方面是提供一种上述凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
将锂盐、醚类化合物与交联剂混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
所述凝胶的制备方法例如包括如下步骤：
1)将交联剂溶解到醚类化合物中，制备得到混合溶液；
2)将上述制备得到的溶液加入锂盐，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
所述凝胶的制备方法还例如包括如下步骤：
将交联剂、锂盐、醚类化合物和其他溶剂和/或电解液混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
进一步地，所述凝胶的制备方法例如包括如下步骤：
1’)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到含有交联剂的溶液；
2’)将锂盐溶解在其他溶剂和/或电解液中，制备得到锂盐溶液；
3’)将步骤1’)中制备得到的溶液加入到步骤2’)制备得到的锂盐溶液中，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
其中，对所述锂盐、醚类化合物、交联剂和其他溶剂和/或电解液进行预先除水处理；优选地，采用分子筛和/或真空干燥的方法对所述锂盐、醚类化合物、交联剂和其他溶剂和/或电解液进行预先除水处理。
其中，所述凝胶化过程需要在室温或者加热条件下完成。
其中，所述凝胶形成的时间为30分钟～300小时。
本发明的第四个方面是提供一种固态电解质，其由上述的可凝胶化体系经凝胶化得到；其中，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于95wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于10％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于90wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
其中，所述固态电解质的固化温度为25～180℃，例如为50～120℃。
其中，所述固态电解质的导电率为10-7～10-2S/cm，例如为10-6～1×10-3S/cm。
本发明的第五个方面是提供一种上述固态电解质的制备方法，其包括以下步骤：
将交联剂、锂盐和醚类化合物混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌所述溶液，经凝胶化得到所述固态电解质。
所述固态电解质的制备方法例如包括如下步骤：
a)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到均匀的溶液；
b)将上述制备得到的混合溶液加入锂盐，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
所述固态电解质的制备方法还例如包括如下步骤：
将交联剂、锂盐、醚类化合物和其他溶剂和/或电解液混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
进一步地，所述固态电解质的制备方法例如包括如下步骤：
a’)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到的均匀溶液；
b’)将锂盐溶解在其他溶剂和/或电解液中，制备得到锂盐溶液；
c’)将步骤a’)中制备得到的混合溶液加入到步骤b’)制备得到的锂盐溶液中，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
其中，对所述锂盐、醚类化合物、交联剂和其他溶剂和/或电解液进行预先除水处理；优选地，采用分子筛和/或真空干燥的方法对所述锂盐、醚类化合物、交联剂和其他溶剂和/或电解液进行预先除水处理。
其中，所述凝胶化过程需要在室温或加热条件下完成。
其中，所述固态电解质的形成的时间为30分钟～150小时。
本发明的第六个方面是提供一种凝胶电解液，所述凝胶电解液包括上述的凝胶。
本发明的第七个方面是提供一种锂系电池，其包括上述的凝胶电解液和/或固态电解质。
优选地，所述锂系电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池中的至少一种。
本发明的第八个方面是提供上述凝胶的应用，其可以用于锂系电池、建筑材料等领域中。
其中，所述锂系电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池中的至少一种。
本发明的第九个方面是提供上述固态电解质的应用，其可以用于锂系电池、建筑材料等领域中。
其中，所述锂系电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池中的至少一种。
本发明的第十个方面是提供一种上述凝胶电解液的应用，其可用于锂系电池等领域中。
其中，所述锂系电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池中的至少一种。
本发明的有益效果：
1.本发明提供了一种含有交联剂的可凝胶化体系及其制备得到的凝胶和/或固态电解质、及其制备方法和应用。该体系中包括以下组分：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)交联剂，所述(b)醚类化合物选自环状醚类化合物或直链醚类化合物中的至少一种；体系中可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物的质量百分含量小于等于1wt％；通过调节所述体系中锂盐、醚类化合物和交联剂的组分含量和种类，可以制备得到所述凝胶和/或固态电解质，所述凝胶或固态电解质可以应用于锂系电池(例如锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等)领域中。
2.本发明所述的含有交联剂的可凝胶化体系制备得到的凝胶和/或固态电解质的强度可调、胶凝温度或固化温度、形成时间(即由可自由流动的液体状态转变成不可流动的凝胶状态或固态电解质状态)可调，即可以根据具体需要制备不同强度的凝胶和固态电解质，以满足不同的需要。所述凝胶和固态电解质具有较强的抗冲击能力，在应用于锂系电池等领域中时，不仅可以有效解决液体电解液溶液泄露，还可以更好地防止由于锂枝晶的生长刺破隔膜或者固态电解质而引起电池短路等问题，还可以使得锂系电池具有更高的充放电效率、更好的耐冲击性，使所述锂系电池具有更高的使用安全性，尤其是应用在锂硫电池中，可以有效减缓甚至杜绝“飞梭效应”。在应用于建筑材料等领域中时，不仅可以制备得到强度可调节的建筑材料，还兼具轻质、环保、防火等特点。
3.本发明所述的含有交联剂的可凝胶化体系制备得到的凝胶和/或固态电解质具有较高的转变温度，交联剂的加入增强了凝胶体系和固态体系的机械强度，而且还可以阻碍聚合物链段的规整排列，降低聚合物的结晶度，同时交联剂使得聚合物分子扩链交联，有效改善凝胶体系的成膜性能，提高电解质膜的孔隙率，使电解质膜能够吸附更多的液态电解液，从而提高锂离子在凝胶体系或固态体系中的迁移率和电导率。
4.本发明所述的凝胶或固态电解液的制备方法简单、反应条件温和、反应周期短、产物收率高、制备成本低、易于实现工业化生产。
5.本发明所述的含有交联剂的可凝胶化体系制备得到的凝胶和固态电解质可在低温时展现出更好的凝胶状态或固态电解质状态，即在室温下所述凝胶或固态电解质，可以保持很好的凝胶状态或固态电解质状态，且低温下所述凝胶和固态电解质的强度更佳。
6.本发明所述的含有交联剂的可凝胶化体系制备得到的凝胶和/或固态电解质可应用于锂系电池(例如锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等)等领域中，尤其是在高低温条件下仍然能够使用。
附图说明
图1为实施例1的凝胶电解液作为锂离子电池的电解液组装成电池的首次充放电图。
图2为实施例1的凝胶电解液作为锂离子电池的电解液组装成电池的循环性能图。
图3为实施例5的凝胶电解液作为锂硫电池的电解液组装成电池的首次充放电图。
图4为实施例5的凝胶电解液作为锂硫电池的电解液组装成电池的循环性能图。
具体实施方式
[其他溶剂和/或电解液]
在一个优选的实施方式中，所述可凝胶化体系还包括(d)其他溶剂和/或电解液，所述(d)其他溶剂和/或电解液包括用于锂硫电池的电解液、用于锂硫电池的电解液的溶剂、用于锂离子电池的电解液、用于锂离子电池的电解液的溶剂中的至少一种。
其中，所述用于锂离子电池的电解液选自含有用于锂离子电池的锂盐的酯类混合液，例如含1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合液，其中，所述碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的体积比为1:1。
其中，所述用于锂离子电池的电解液的溶剂选自用于锂离子电池的电解液的环状非水有机溶剂和用于锂离子电池的电解液的链状非水有机溶剂中的至少一种。
在一个优选的实施方式中，所述用于锂离子电池的电解液的环状非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、γ-丁内酯(GBL)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸丙烯酯(PS)、环丁砜(SL)、碳酸甘油酯(GC)中的至少一种。
在一个优选的实施方式中，所述用于锂离子电池的电解液的链状非水有机溶剂选自碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸乙酯(EP)、丁酸乙酯(EB)、丁酸甲酯(MB)、亚硫酸二甲酯(DMS)、亚硫酸二乙酯(DES)、亚硫酸甲乙酯(EMS)、二甲基砜(MSM)、二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种。
其中，所述用于锂硫电池的电解液选自含有锂盐的醚类混合液，例如：含有1M双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)的1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合液，其中，所述1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的体积比为1:1。
其中，所述用于锂硫电池的电解液的溶剂选自1,3-二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、氟代碳酸乙烯酯、聚乙二醇硼酸酯、1,1’,2,2’-四氟乙基-2,2’,3,3’-四氟丙烯醚中的一种或多种。
[环状醚类化合物]
本发明的可凝胶化体系中含有环状醚类化合物，所述环状醚类化合物选自至少含有1个氧原子的C2～C20环烷烃(即环状结构中的碳原子数为2-20个)或至少含有1个氧原子的C3～C20环烯烃(即环状结构中的碳原子数为3-20个)，其中至少含有一个碳碳双键。
其中，所述环烷烃或环烯烃为单环、稠合环(如双环)、螺环或桥环；当所述环烷烃或环烯烃为螺环或桥环且含有两个以上氧原子时，氧原子可以在一个环上，也可以在多个环上。
其中，所述环状醚类化合物选自至少含有1个氧原子的C2～C20的单环烷烃，例如为下述第一类化合物中的一种：
其中，所述环状醚类化合物选自至少含有1个氧原子的C4～C20的稠合环烷烃，例如为下述第二类化合物中的一种：
其中，所述环状醚类化合物选自至少含有1个氧原子的C4～C20的桥环烷烃，例如为下述第三类化合物中的一种：
其中，所述环状醚类化合物选自至少含有1个氧原子的C4～C20的螺环烷烃，例如为下述第四类化合物中的一种：
其中，上述四类化合物中的环结构上的C-C键至少有一个被C＝C替代且为稳定存在的化合物，则上述的至少含有1个氧原子的C3～C20环烯烃，为优选的环状醚类化合物的一种。
其中，所述环烷烃或环烯烃为单环或稠合环时，其所述环上的碳原子可以被1个或多个R1基团取代；所述环烷烃或环烯烃为桥环时，其非桥连环碳原子可以被1个或多个R1基团取代；所述环烷烃或环烯烃为螺环时，其环上碳原子上可以被1个或多个R1基团取代；所述R1基团选自下述基团的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含有一个氧的环状醚类化合物选自取代的环氧乙烷、取代或未取代的氧杂环丁烷、取代或未取代的四氢呋喃、取代或未取代的四氢吡喃；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含有一个氧的环状醚类化合物选自3,3-二氯甲基氧杂环丁烷、2-氯甲基氧环丁烷、1,4-环氧环己烷、1,2-环氧环己烷、四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、氧杂环庚烷、氧杂环辛烷、氧杂环壬烷或氧杂环癸烷。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含有两个氧的环状醚类化合物选自取代或未取代的1,3-二氧戊环(DOL)、取代或未取代的1,4-二氧六环；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含有三个氧的环状醚类化合物选自取代或未取代的三聚甲醛；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含有更多氧的醚类化合物选自取代或未取代的18-冠-6、取代或未取代的12-冠-4、取代或未取代的24-冠-8；所述取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基为上述的R1基团。
[直链醚类化合物]
本发明的可凝胶化体系中含有醚类化合物，所述醚类化合物选自直链醚类化合物。所述直链醚类化合物的通式如式(1)所示：
R1—O—(R2—O)n—R3式(1)
其中，n为大于0的整数；R2选自直链或支链的C1-C6的亚烷基、直链或支链的C2-C6的亚烯基；所述R2上的碳原子上的H可以被下述基团中的至少一种取代：烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基；
R1和R3相同或不同，彼此独立地选自氢原子、烷基、环烷基、杂环基、烯基、炔基中的一种或多种；所述R1和R3的碳原子上的H可以被下述基团中的至少一种取代：烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
其中，n为1～6之间的整数；R2选自直链或支链的C1-C4的亚烷基、直链或支链的C2-C6的亚烯基；R1和R3相同或不同，彼此独立地选自直链或支链的C1-C6的烷基。
其中，R2选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、乙烯基；R1和R3相同或不同，彼此独立地选自甲基、乙基、丙基。
其中，所述直链醚类化合物选自乙二醇二甲醚，乙二醇二乙醚，乙二醇甲乙醚，1,4-丁二醇二甲醚，1,4-丁二醇二乙醚，1,4-丁二醇甲乙醚等中的一种或多种。
所述直链醚类化合物例如为下述化合物中的一种：
[术语和定义]
除非另有说明，本申请说明书中记载的基团和术语定义，包括其作为实例的定义、示例性的定义、优选的定义、表格中记载的定义、实施例中具体化合物的定义等，可以彼此之间任意组合和结合。这样的组合和结合后的基团定义及化合物结构，应当属于本申请保护的范围内。
本发明中的术语“凝胶”具有本领域公知的含义，术语“凝胶化”也具有本领域公知的含义。
本发明中的可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物是指在一定条件下可以形成凝胶或可以凝胶化的聚合物和/或预聚物。不限制的，本发明所述可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物可选自聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙酸乙酯(PVAC)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚二乙烯基硫(PVS)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDM)、聚氧化丙烯(PPO)、聚二甲基硅氧烷(PDMSO)或其预聚物，或其共聚物，或其共混物中的一种或多种。
本申请说明书中记载的数值范围，当该数值范围被定义为“整数”时，应当理解为记载了该范围的两个端点以及该范围内的每一个整数。例如，“0～10的整数”应当理解为记载了0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10的每一个整数。当该数值范围被定义为“数”时，应当理解为记载了该范围的两个端点、该范围内的每一个整数以及该范围内的每一个小数。例如，“0～10的数”应当理解为不仅记载了0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10的每一个整数，还至少记载了其中每一个整数分别与0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9的和。
本发明使用的“卤素”指氟、氯、溴和碘。
本发明单独使用或用作后缀或前缀的“烷基”意在包括具有1至20个，优选1-6个碳原子(或若提供了碳原子的具体数目，则指该具体数目)的支链和直链饱和脂族烃基。例如，“C1-6烷基”表示具有1、2、3、4、5或6个碳原子的直链和支链烷基。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和己基。
本发明单独使用或用作后缀或前缀的“卤代烷基”或“烷基卤化物”意在包括具有至少一个卤素取代基且具有1-20个，优选1-6个碳原子(或若提供了碳原子的具体数目，则指该具体数目)的支链和直链饱和脂族烃基。例如，“C1-10卤代烷基”表示具有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个碳原子的卤代烷基。卤代烷基的实例包括但不限于氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯氟甲基、1-氟乙基、3-氟丙基、2-氯丙基、3,4-二氟丁基等。
本发明单独使用或用作后缀或前缀的“烯基”意在包括具有2至20个，优选2-6个碳原子(或若提供了碳原子的具体数目，则指该具体数目)的包含烯基或烯烃的支链和直链脂族烃基。例如，“C2-6烯基”表示具有2、3、4、5或6个碳原子的烯基。烯基的实例包括但不限于乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-甲基丁-2-烯基、3-甲基丁-1-烯基、1-戊烯基、3-戊烯基和4-己烯基。
本发明单独使用或用作后缀或前缀的“炔基”意在包括具有2至20个，优选2-6个碳原子(或若提供了碳原子的具体数目，则指该具体数目)的包含炔基或炔烃的支链和直链脂族烃基。例如乙炔基、丙炔基(例如l-丙炔基、2-丙炔基)、3-丁炔基、戊炔基、己炔基和1-甲基戊-2-炔基。
本发明使用的术语“芳基”指由5至20个碳原子构成的芳族环结构。例如：包含5、6、7和8个碳原子的芳族环结构可以是单环芳族基团例如苯基；包含8、9、10、11、12、13或14个碳原子的环结构可以是多环的例如萘基。芳环可在一个或多个环位置取代有上述那些取代基。术语“芳基”还包括具有两个或更多个环的多环环系，其中两个或更多个碳为两个相邻环所共有(所述环为“稠环”)，其中至少一个环是芳族的且其它环例如可以是环烷基、环烯基、环炔基、芳基和/或杂环基。多环的实例包括但不限于2,3-二氢-1,4-苯并二氧杂环己二烯和2,3-二氢-1-苯并呋喃。
本发明使用的术语“环烷基”意在包括具有指定数目碳原子的饱和环基。这些术语可包括稠合或桥接的多环系统。环烷基在其环结构中具有3至40个碳原子。在一个实施方案中，环烷基在其环结构中具有3、4、5或6个碳原子。例如，“C3-6环烷基”表示例如环丙基、环丁基、环戊基或环己基的基团。
本发明使用的“杂芳基”指具有至少一个环杂原子(例如硫、氧或氮)的杂芳族杂环。杂芳基包括单环系统和多环系统(例如具有2、3或4个稠环)。杂芳基的实例包括但不限于吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、三嗪基、呋喃基、喹啉基、异喹啉基、噻吩基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、吡咯基、噁唑基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并噻唑基、异噁唑基、吡唑基、三唑基、四唑基、吲唑基、1,2,4-噻二唑基、异噻唑基、苯并噻吩基、嘌呤基、咔唑基、苯并咪唑基、苯并噁唑基、氮杂苯并噁唑基、咪唑并噻唑基、苯并[1,4]二氧杂环己烯基、苯并[1,3]二氧杂环戊烯基等。在一些实施方案中，杂芳基具有3至40个碳原子且在其它实施方案中具有3至20个碳原子。在一些实施方案中，杂芳基包含3至14个、4至14个、3至7个或5至6个成环原子。在一些实施方案中，杂芳基具有1至4个、1至3个或1至2个杂原子。在一些实施方案中，杂芳基具有1个杂原子。
除非另有说明，本发明使用的术语“杂环基”指包含3至20个原子的饱和、不饱和或部分饱和的单环、二环或三环，其中1、2、3、4或5个环原子选自氮、硫或氧，除非另有说明，其可通过碳或氮来连接，其中-CH2-基团任选被-C(O)-代替；及其中除非另有相反说明，环氮原子或环硫原子任选被氧化以形成N-氧化物或S-氧化物或环氮原子任选被季铵化；其中环中的-NH任选被乙酰基、甲酰基、甲基或甲磺酰基取代；及环任选被一个或多个卤素取代。应该理解的是，当杂环基中S原子和O原子的总数超过1时，这些杂原子不彼此相邻。若所述杂环基为二环或三环，则至少一个环可任选为杂芳族环或芳族环，条件是至少一个环是非杂芳族的。若所述杂环基为单环，则其一定不是芳族的。杂环基的实例包括但不限于哌啶基、N-乙酰基哌啶基、N-甲基哌啶基、N-甲酰基哌嗪基、N-甲磺酰基哌嗪基、高哌嗪基、哌嗪基、氮杂环丁烷基、氧杂环丁烷基、吗啉基、四氢异喹啉基、四氢喹啉基、二氢吲哚基、四氢吡喃基、二氢-2H-吡喃基、四氢呋喃基、四氢噻喃基、四氢噻喃-1-氧化物、四氢噻喃-1,1-二氧化物、1H-吡啶-2-酮和2,5-二氧代咪唑烷基。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
测试方法：
本实施例中所用的锂离子电池常规电解液选自含1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合液，其中，所述碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的体积比为1:1。
本实施例中选用的锂硫电池常规电解液选自含有锂盐的醚类混合液，例如：含有1M双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)的1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合液，其中，所述1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的体积比为1:1。
本实施例所述的导电率是使用Gamry公司的Interface 1000型号的电化学工作站测试得到的，所述测试扫描频率为1.0Hz～100kHz。
本实施例中，所述锂盐在使用前，经40℃真空干燥10h以上进行除水处理。
本实施例中，所述醚类化合物在使用前，经分子筛进行除水处理。
本实施例中，所述交联剂在使用前，经60℃真空干燥10h以上或者分子筛进行除水处理。
本实施例中，所述其他溶剂和/或电解液在使用前，经分子筛进行除水处理。
下述实施例中的电池的组成如下：
锂离子电池的正极材料：将钴酸锂与导电石墨、导电剂乙炔黑(super p)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比85:5:5:5均匀混合，用N-甲基-吡咯烷酮(NMP)将此混合物调制成浆料，均匀涂敷在铝箔上，于120℃真空烘箱中干燥24小时，备用；
锂硫电池的正极材料：将碳硫复合材料与导电剂乙炔黑(super p)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比8:1:1均匀混合，用N-甲基-吡咯烷酮(NMP)将此混合物调制成浆料，均匀涂敷在铝箔上，于60℃真空烘箱中干燥24小时，备用；
电解液：各实施例中制备的凝胶电解液或固态电解质；
负极：锂片；
隔膜：聚丙烯(PP)多孔膜。
实施例1
(1)可凝胶化体系和凝胶(可用作电池的凝胶电解液)的制备
称取0.2g的甲苯二异氰酸酯于试剂瓶中，向其中加入4.5mL的四氢呋喃，在磁力搅拌下使其充分混合均匀，得到混合液A。
另取1.5g四氟硼酸锂于试剂瓶中，向其中加入3.8mL的碳酸二甲酯，搅拌直到锂盐完全溶解，得到混合液B。
将上面得到的A和B溶液进行充分混合，得到的混合液，得到可凝胶化体系；室温静置一段时间，形成凝胶。
所述凝胶体系中，锂盐的质量百分含量为15wt％；环状醚类化合物的质量百分含量为45wt％；交联剂的质量百分含量为2wt％；其他溶剂和/或电解液的质量百分含量为38wt％。
经测试，所述凝胶的形成时间为48h，所述凝胶的形成温度为室温，所述凝胶的导电率为1.56×10-2S/cm。
(2)电池的制备
将上述制备得到的凝胶作为凝胶电解液应用到纽扣电池中，使用蓝电电池组测试纽扣电池的电化学性能(测试结果列于表2中)。其中，所述纽扣电池的制备方法：将隔膜放置于正极和负极之间，三者之间充满步骤(1)制备的可凝胶化体系，封装压实，组装成CR-2032型纽扣电池，静置待所述可凝胶化体系变成凝胶电解液。
实施例2-7和对比例1
(1)可凝胶化体系和凝胶(可用作电池的凝胶电解液)的制备
所述凝胶的制备方法同实施例1，区别仅在于，所述凝胶体系中的各组分的选择和用量不同；具体组分及用量列于表1中。
(2)电池的制备
将上述制备得到的凝胶作为凝胶电解液应用到纽扣电池中，使用蓝电电池组测试纽扣电池的电化学性能(测试结果列于表2中)。其中，所述纽扣电池的制备方法：将隔膜放置于正极和负极之间，三者之间充满步骤(1)制备的可凝胶化体系，封装压实，组装成CR-2032型纽扣电池，静置待所述可凝胶化体系变成凝胶电解液。
实施例8
(1)可凝胶化体系和固体电解质的制备
称取1g的甲苯二异氰酸酯于试剂瓶中，向其中加入6.5mL的1,3-二氧戊环，在磁力搅拌下使其充分混合均匀，得到混合液A。
另取0.6g氟代磺酰亚胺锂和0.9g高氯酸锂于试剂瓶中，向其中加入1.0mL的锂硫电池常规电解液，搅拌直到锂盐完全溶解，得到混合液B。
将上面得到的A和B溶液进行充分混合，得到的混合液，得到可凝胶化体系；置于60℃加热一段时间，形成固态电解质。
所述凝胶体系中，锂盐的质量百分含量为15wt％；环状醚类化合物的质量百分含量为65wt％；交联剂的质量百分含量为10wt％；其他溶剂和/或电解液的质量百分含量为10wt％。
经测试，所述固态电解质的形成时间为72h，所述固态电解质的形成温度为60℃，所述固态电解质的导电率为1.89×10-5S/cm。
(2)电池的制备
将上述制备得到的固态电解质应用到纽扣电池中，使用蓝电电池组测试纽扣电池的电化学性能(测试结果列于表3中)。其中，所述纽扣电池的制备方法：将隔膜放置于正极和负极之间，三者之间充满步骤(1)制备的可凝胶化体系，封装压实，组装成CR-2032型纽扣电池，静置待所述可凝胶化体系变成固态电解质。
表1实施例1-14和对比例1-2中凝胶电解液或固态电解质的各组分的组成和含量
实施例9-14和对比例2-3
(1)可凝胶化体系和固体电解质的制备
所述固态电解质的制备方法同实施例8，区别仅在于，所述固态电解质体系中的各组分的选择和用量不同；具体组分及用量列于表1中。
(2)电池的制备
将上述制备得到的固态电解质应用到纽扣电池中，使用蓝电电池组测试纽扣电池的电化学性能(测试结果列于表3中)。其中，所述纽扣电池的制备方法：将隔膜放置于正极和负极之间，三者之间充满步骤(1)制备的可凝胶化体系，封装压实，组装成CR-2032型纽扣电池，静置待所述可凝胶化体系变成固态电解质。
表2实施例1-7和对比例1中的凝胶及制备得到的电池的性能参数
表3实施例8-14和对比例2中的固态电解质及制备得到的电池的性能参数
图1为实施例1中得到的凝胶电解液作为锂离子电池的电解液组装成电池的首次充放电图。由图可知，该凝胶电解液作为锂离子电池的电解液，可以使得锂离子电池正常的充放电，并将其中的活性物质充分发挥出来，得到了较高的比容量。
图2为实施例1中得到的凝胶电解液作为锂离子电池的电解液组装成电池的循环性能图。由图可知，该凝胶作为锂离子电池的电解液，可以展现出稳定的循环性能，比容量基本保持不变。
图3为实施例5中得到的凝胶电解液作为锂硫电池的电解液组装成电池的首次充放电图。由图可知，该凝胶电解液作为锂硫电池的电解液，可以使得锂离子电池正常的充放电，并将其中的活性物质充分发挥出来，得到了较高的比容量。
图4为实施例5中得到的凝胶电解液作为锂硫电池的电解液组装成电池的循环性能图。由图可知，该凝胶电解液作为流电池的电解液，可以有效的减缓“飞梭效应”，进而提高活性物质的利用率，提高电池的比容量，表现出优异的循环性能。
与对比例1和2相比，交联剂的加入可以有效地提高凝胶或固态电解质的电导率，表现出更优异的电化学性能。对比例3中，由于没有加入醚类化合物，故无法制备得到固态电解质。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (48)

1.一种可凝胶化体系，该体系是由以下组分组成的：(a)锂盐，(b)醚类化合物和(c)交联剂；所述(b)醚类化合物选自环状醚类化合物或直链醚类化合物中的至少一种；体系中可凝胶化的聚合物和/或可凝胶化的预聚物的质量百分含量小于等于1wt％；
所述锂盐选自六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、全氟丁基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、铝酸锂、氯铝酸锂、氟代磺酰亚胺锂、氯化锂和碘化锂中的一种或多种；
所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的C2～C20环烷烃；
所述直链醚类化合物的通式如式(1)所示：
R1—O—(R2—O)n—R3式(1)
其中，n为大于0的整数；
R2选自直链或支链的C1-C6的亚烷基；所述R2上的碳原子上的H可以被下述基团中的至少一种取代：烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基；
R1和R3相同或不同，彼此独立地选自氢原子、烷基、环烷基、杂环基中的一种或多种；所述R1和R3的碳原子上的H可以被下述基团中的至少一种取代：烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基；
所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于30wt％且小于等于95wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％。
2.根据权利要求1所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于等于10wt％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％。
3.根据权利要求1所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于10％且小于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于90wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％。
4.根据权利要求1所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环烷烃为单环、稠合环、螺环或桥环；当所述环烷烃为螺环或桥环且含有两个以上氧原子时，氧原子在一个环上或在多个环上。
5.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的C2～C20的单环烷烃。
6.根据权利要求5所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自下述第一类化合物中的一种：
7.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的C4～C20的稠合环烷烃。
8.根据权利要求7所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自下述第二类化合物中的一种：
9.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的C4～C20的桥环烷烃。
10.根据权利要求9所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自下述第三类化合物中的一种：
11.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自含有一个氧、两个氧、三个氧或更多氧的C4～C20的螺环烷烃。
12.根据权利要求11所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环状醚类化合物选自下述第四类化合物中的一种：
13.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述环烷烃为单环或稠合环时，其所述环上的碳原子上可以被1个或多个基团取代；所述环烷烃或环烯烃为桥环时，其非桥连环碳原子被1个或多个基团取代；所述环烷烃或环烯烃为螺环时，其环上碳原子上被1个或多个基团取代；所述基团选自下述基团中的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
14.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述含有一个氧的环状醚类化合物选自取代或未取代的氧杂环丁烷、取代或未取代的四氢呋喃、取代或未取代的四氢吡喃；取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基选自下述基团中的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
15.根据权利要求14所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述含有一个氧的环状醚类化合物选自3,3-二氯甲基氧杂环丁烷、2-氯甲基氧杂环丁烷、2-氯甲基环氧丙烷、1,4-环氧环己烷、1,3-环氧环己烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢吡喃、氧杂环庚烷、氧杂环辛烷、氧杂环壬烷或氧杂环癸烷。
16.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述含有两个氧的环状醚类化合物选自取代或未取代的1,3-二氧戊环(DOL)、取代或未取代的1,4-二氧六环；取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基选自下述基团中的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
17.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述含有三个氧的环状醚类化合物选自取代或未取代的三聚甲醛；取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基选自下述基团中的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
18.根据权利要求4所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述含有更多氧的醚类化合物选自取代或未取代的18-冠-6、取代或未取代的12-冠-4、取代或未取代的24-冠-8；取代基的个数可以是一个或多个；所述取代基选自下述基团中的一种：烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、卤代烷基、环烷基、环烷基氧基、环烷基硫基、杂环基、杂环基氧基、杂环基硫基、芳基、芳基氧基、杂芳基、杂芳基氧基、羟基、巯基、硝基、羧基、氨基、酯基、卤素、酰基、醛基。
19.根据权利要求1所述的可凝胶化体系，其特征在于，n为1～6之间的整数；R2选自直链或支链的C1-C4的亚烷基；R1和R3相同或不同，彼此独立地选自直链或支链的C1-C6的烷基。
20.根据权利要求19所述的可凝胶化体系，其特征在于，R2选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基；R1和R3相同或不同，彼此独立地选自甲基、乙基、丙基。
21.根据权利要求20所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述直链醚类化合物选自乙二醇二甲醚，乙二醇二乙醚，乙二醇甲乙醚，1,4-丁二醇二甲醚，1,4-丁二醇二乙醚，1,4-丁二醇甲乙醚中的一种或多种。
22.根据权利要求1-21任一项所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述交联剂选自二缩水甘油醚类化合物、双环氧化合物、多缩水甘油醚类化合物、苯酚、尿素、三聚氰胺、戊二醛、异氰酸酯类化合物、正硼酸、硼酸盐、有机硼交联剂中的一种或多种。
23.根据权利要求22所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述二缩水甘油醚类化合物选自间苯二酚二缩水甘油醚，乙二醇二缩水甘油醚，三甘醇二缩水甘油醚，双[4-(氧化缩水甘油)苯基]甲烷或新戊二醇二缩水甘油醚；所述双环氧化合物选自乙烯基环己烯二环氧化物或四氢茚二环氧化物；所述多缩水甘油醚类化合物选自丙三醇三缩水甘油醚，三羟甲基丙烷三缩水甘油醚或季戊四醇缩水甘油醚；所述异氰酸酯类化合物选自二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯。
24.根据权利要求1-21任一项所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述可凝胶化体系是由以下组分组成的：(a)锂盐，(b)醚类化合物，(c)交联剂和(d)其他溶剂和/或电解液，所述(d)其他溶剂和/或电解液包括用于锂硫电池的电解液、用于锂硫电池的电解液的溶剂、用于锂离子电池的电解液、用于锂离子电池的电解液的溶剂中的至少一种。
25.根据权利要求24所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述可凝胶化体系中，所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
26.根据权利要求25所述的可凝胶化体系，其特征在于，所述可凝胶化体系中，所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
27.一种凝胶，其由权利要求1-26任一项所述的可凝胶化体系经凝胶化得到；其中，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
28.根据权利要求26所述的凝胶，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于等于10wt％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于等于20wt％且小于等于60wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
29.权利要求27或28所述的凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将锂盐、醚类化合物与交联剂混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
30.根据权利要求29所述的凝胶的制备方法，其中，所述凝胶的制备方法包括如下步骤：
1)将交联剂溶解到醚类化合物中，制备得到混合溶液；
2)将上述制备得到的溶液加入锂盐，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
31.根据权利要求29所述的凝胶的制备方法，所述凝胶的制备方法还包括如下步骤：
将交联剂、锂盐、醚类化合物和其他溶剂和/或电解液混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
32.根据权利要求31所述的凝胶的制备方法，所述凝胶的制备方法包括如下步骤：
1’)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到含有交联剂的溶液；
2’)将锂盐溶解在其他溶剂和/或电解液中，制备得到锂盐溶液；
3’)将步骤1’)中制备得到的溶液加入到步骤2’)制备得到的锂盐溶液中，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述凝胶。
33.根据权利要求29-32任一项所述的凝胶的制备方法，所述凝胶化过程需要在室温或者加热条件下完成。
34.根据权利要求29-32任一项所述的凝胶的制备方法，所述凝胶形成的时间为30分钟～300小时。
35.一种固态电解质，其由权利要求1-26任一项所述的可凝胶化体系经凝胶化得到；其中，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于5wt％且小于等于60wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于95wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0且小于等于30wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于0wt％且小于等于75wt％。
36.根据权利要求35所述的固态电解质，其中，所述可凝胶化体系中，所述锂盐的质量百分含量大于10％且小于等于40wt％；所述醚类化合物的质量百分含量大于60wt％且小于等于90wt％；所述交联剂的质量百分含量大于0wt％且小于等于5wt％；所述(d)其他溶剂和/或电解液的质量百分含量大于等于5wt％且小于等于60wt％。
37.权利要求35或36所述的固态电解质的制备方法，其包括以下步骤：
将交联剂、锂盐和醚类化合物混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌所述溶液，经凝胶化得到所述固态电解质。
38.根据权利要求37所述的制备方法，其中，所述固态电解质的制备方法包括如下步骤：
a)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到均匀的溶液；
b)将上述制备得到的混合溶液加入锂盐，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
39.根据权利要求37所述的制备方法，其中，所述固态电解质的制备方法还包括如下步骤：
将交联剂、锂盐、醚类化合物和其他溶剂和/或电解液混合，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
40.根据权利要求39所述的制备方法，其中，所述固态电解质的制备方法包括如下步骤：
a’)将交联剂加入到醚类化合物中，制备得到的均匀溶液；
b’)将锂盐溶解在其他溶剂和/或电解液中，制备得到锂盐溶液；
c’)将步骤a’)中制备得到的混合溶液加入到步骤b’)制备得到的锂盐溶液中，搅拌下得到所述可凝胶化体系，在室温或加热条件下继续搅拌，经凝胶化得到所述固态电解质。
41.根据权利要求37-40任一项所述的制备方法，其中，所述凝胶化过程需要在室温或加热条件下完成。
42.根据权利要求37-40任一项所述的制备方法，其中，所述固态电解质的形成的时间为30分钟～150小时。
43.一种凝胶电解液，所述凝胶电解液包括权利要求27或28所述的凝胶。
44.一种锂系电池，其包括权利要求43所述的凝胶电解液和/或权利要求36或37所述的固态电解质。
45.根据权利要求44所述的锂系电池，其中，所述锂系电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池中的至少一种。
46.权利要求27或28所述的凝胶的应用，其中，所述凝胶用于锂系电池、建筑材料领域中；所述凝胶电解质可用于锂系电池领域中。
47.权利要求35或36所述的固态电解质的应用，其中，所述固态电解质用于锂系电池、建筑材料领域中。
48.权利要求43所述的凝胶电解液的应用，其中，所述凝胶电解质用于锂系电池领域中。
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