CN113087856A - 用于形成凝胶电解质的凝胶化试剂及其相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于形成凝胶电解质的凝胶化试剂及其相关方法。本技术涉及用于锂离子电化学电池的凝胶电解质及其形成方法。例如，该方法可以包括将一种或多种凝胶化试剂添加到包含一种或多种液体电解质前体的电化学电池中。所述一种或多种凝胶化试剂包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。所述一种或多种引发剂各自可以是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种。所述一种或多种交联剂各自可以是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
。
Description
技术领域
本技术涉及用于锂离子电化学电池的凝胶电解质及其形成方法。
背景技术
本章节提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
本技术涉及用于锂离子电化学电池的凝胶电解质及其形成方法，例如，该方法包括将一种或多种凝胶化试剂添加到包含一种或多种液体电解质前体的电化学电池中，并且所述一种或多种凝胶化试剂包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。
需要先进的储能装置和系统以满足多种产品的能量和/或动力要求，所述产品包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统、混合动力电动车（“HEV”）和电动车（“EV”）。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一充当正极或阴极，且另一个电极充当负极或阳极。隔离件和/或电解质可以设置在负极与正极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极一样，可以在各种情况下为固体和/或液体形式和/或其混合。然而，含有高度易燃的有机溶剂的液体电解质常常造成重大的安全问题并且易于泄漏。同样，尽管固体电解质通常具有当与液体电解质相比时改进的安全性以及良好的机械性能，但是包括固体电解质的电化学电池常常受到空隙空间的困扰。凝胶聚合物电解质(“GPE”)因组合了固体电解质和液体电解质二者的特性（例如提供类似于液体电解质的高离子扩散率以及类似于固态电解质的尺寸稳定性）而受到极大的关注。然而，常规的凝胶化方法通常与锂离子电池组的常规制造方法不相容，并且经常需要附加的制造步骤。因此，期望开发用于可以解决这些挑战的电化学电池的改进的电解质材料及其制备方法。
发明内容
本章节提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在各个方面，本公开提供了制备用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质的方法。该方法可以包括将凝胶化试剂加入到液体电解质中以形成限定凝胶聚合物电解质的电解质混合物。凝胶化试剂可以包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。所述一种或多种引发剂各自可以是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种。所述一种或多种交联剂各自可以是具有一个或多个取代基的三齿烷烃（tridentate alkane）和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
在一个方面，所述一种或多种交联剂可以选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
在一个方面，所述凝胶聚合物电解质可以包含聚合物骨架。所述聚合物骨架可以由一种或多种交联剂限定。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。
在一个方面，在将凝胶化试剂加入到液体电解质中之后，该方法可以进一步包括将电解质混合物加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃的温度持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟的时间段以形成凝胶聚合物电解质。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
在一个方面，在将凝胶化试剂加入到液体电解质中之后，该方法可以进一步包括将电子束和光化辐射中的一种施加至电解质混合物以形成凝胶聚合物电解质。
在一个方面，所述凝胶化试剂可以包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的一种或多种引发剂和余量的一种或多种交联剂。
在一个方面，所述凝胶聚合物电解质可以包含大于或等于约1重量%至小于或等于约99重量%的凝胶化试剂。
在一个方面，所述液体电解质可以包含选自以下的一种或多种锂盐：六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂（LiTFSI）（LiN(CF3SO2)2）、氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）、氟代烷基磷酸锂（LiFAP）（Li3O4P）及其组合；和选自以下的一种或多种溶剂：碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷（DOL）、环丁砜及其组合。
在一个方面，该方法可以进一步包括将凝胶聚合物电解质注入电化学电池中。
在各个其它方面，本公开提供了制备用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质的方法。该方法可以包括使凝胶化试剂和液体电解质接触以形成电解质前体。凝胶化试剂可以包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。所述一种或多种引发剂各自可以是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种。所述一种或多种交联剂各自可以是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
该方法可以进一步包括将电解质前体引入电化学电池中并固化电解质前体以形成凝胶聚合物电解质。
在一个方面，所述凝胶聚合物电解质可以包含聚合物骨架。所述聚合物骨架可以由一种或多种交联剂限定。所述一种或多种交联剂可以选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。可以通过将电解质前体加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃的温度持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟的时间段来固化电解质前体。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
在一个方面，所述凝胶化试剂可以包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的一种或多种引发剂和余量的一种或多种交联剂。
在各个其它方面，本公开提供了用于形成凝胶聚合物电解质的凝胶化试剂。所述凝胶化试剂可以包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。所述一种或多种引发剂各自可以是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种。所述一种或多种交联剂各自可以是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
所述凝胶聚合物电解质可以包含聚合物骨架。所述一种或多种交联剂可以限定聚合物骨架。
在一个方面，所述一种或多种交联剂可以选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。
在一个方面，所述一种或多种引发剂可以包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
本发明公开了以下实施方案：
方案1. 制备用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质的方法，其中所述方法包括：
将凝胶化试剂加入到液体电解质中以形成限定凝胶聚合物电解质的电解质混合物，其中所述凝胶化试剂包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂，所述一种或多种引发剂各自是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种，所述一种或多种交联剂各自是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
方案2. 根据方案1所述的方法，其中所述一种或多种交联剂选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
方案3. 根据方案2所述的方法，其中所述凝胶聚合物电解质包含由所述一种或多种交联剂限定的聚合物骨架。
方案4. 根据方案1所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中在将所述凝胶化试剂加入到所述液体电解质中之后，所述方法进一步包括将所述电解质混合物加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃的温度持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟的时间段以形成所述凝胶聚合物电解质。
方案6. 根据方案1所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
方案7. 根据方案6所述的方法，其中在将所述凝胶化试剂加入到所述液体电解质中之后，所述方法进一步包括将电子束或光化辐射中的一种施加至所述电解质混合物以形成所述凝胶聚合物电解质。
方案8. 根据方案1所述的方法，其中所述凝胶化试剂包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种引发剂和余量的所述一种或多种交联剂。
方案9. 根据方案1所述的方法，其中所述凝胶聚合物电解质包含大于或等于约1重量%至小于或等于约99重量%的所述凝胶化试剂。
方案10. 根据方案1所述的方法，其中所述液体电解质包含：
一种或多种锂盐，其选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂（LiTFSI）（LiN(CF3SO2)2）、氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）、氟代烷基磷酸锂（LiFAP）（Li3O4P）及其组合；和
一种或多种溶剂，其选自：碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷（DOL）、环丁砜及其组合。
方案11. 根据方案1所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述凝胶聚合物电解质注入电化学电池中。
方案12. 制备用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质的方法，其中所述方法包括：
使凝胶化试剂和液体电解质接触以形成电解质前体，其中所述凝胶化试剂包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂，所述一种或多种引发剂各自是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种，并且所述一种或多种交联剂各自是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
将所述电解质前体引入电化学电池中；和
固化所述电解质前体以形成所述凝胶聚合物电解质。
方案13. 根据方案12所述的方法，其中所述凝胶聚合物电解质包含由所述一种或多种交联剂限定的聚合物骨架，其中所述一种或多种交联剂选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
方案14. 根据方案12所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合；并且
通过将所述电解质前体加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃的温度持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟的时间段来固化所述电解质前体。
方案15. 根据方案12所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
方案16. 根据方案12所述的方法，其中所述凝胶化试剂包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种引发剂和余量的所述一种或多种交联剂。
方案17. 用于形成凝胶聚合物电解质的凝胶化试剂，其中所述凝胶化试剂包含：
一种或多种引发剂，所述引发剂是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种；和
一种或多种交联剂，所述交联剂是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
其中所述凝胶化试剂经配置以形成凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质包含由所述一种或多种交联剂限定的聚合物骨架。
方案18. 根据方案17所述的凝胶化试剂，其中所述一种或多种交联剂选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
方案19. 根据方案17所述的凝胶化试剂，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。
方案20. 根据方案17所述的凝胶化试剂，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而非意在限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅为说明所选实施方案而非所有可能的实施方式的目的，并且并非意在限制本公开的范围。
图1是循环锂离子的示例性电化学电池组的示意图；
图2是比较电化学电池的容量保持率和库仑效率的图解说明；和
图3是其它比较电化学电池的容量保持率和库仑效率的图解说明。
在附图的若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
提供了示例性实施方案，使得本公开将是透彻的，并将范围充分传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式来体现，并且均不应当解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案的目的，而非意在是限制性的。除非上下文清楚地另行指明，否则本文中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也可以包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，因此规定了所述特征、要素、组成、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语“包含”要理解为用于描述和要求保护本文中阐述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可以替代地理解为更具限制性和约束性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。因此，对于叙述组成、材料、组件、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由这样叙述的组成、材料、组件、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组成、材料、组件、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从这样的实施方案中排除实质上影响基本特性和新颖特性的任何附加的组成、材料、组件、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是在该实施方案中可以包括不会实质上影响基本特性和新颖特性的任何组成、材料、组件、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤。
除非明确确定为一定的实施次序，否则本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或例示的特定次序来实施。还要理解的是，除非另行指明，否则可以采用附加或替代的步骤。
当组件、要素或层被提到“位于”、“啮合到”、“接合到”或“连接到”另一要素或层上时，其可以直接位于、啮合到、接合到或连接到该另一组件、要素或层上，或者可能存在中间要素或层。相比之下，当要素被提到“直接位于”、“直接啮合到”、“直接接合到”或“直接连接到”另一要素或层上时，可以不存在中间要素或层。用于描述要素之间的关系的其它词语应以类似方式解释（例如，“在……之间”vs“直接在……之间”，“相邻”vs“直接相邻”等等）。本文中所用的术语“和/或”包括相关列举项中的一个或多个的任意和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等等来描述各种步骤、要素、组件、区域、层和/或区段，但除非另行指明，否则这些步骤、要素、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、要素、组件、区域、层或区段与另一步骤、要素、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚地指明，否则术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文讨论的第一步骤、要素、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、要素、组件、区域、层或区段，而不背离该示例性实施方案的教导。
为了便于描述，在本文中可以使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等描述如图中所示的一个要素或特征与另外一个或多个要素或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间或时间上相对的术语可以意在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的微小偏差和具有大致所述值的实施方案以及具有确切所述值的实施方案。除了在具体实施方式最后提供的工作实施例中之外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值要理解为在所有情况下均被术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在该数值前。“约”表示所述数值允许一定程度上的轻微不精确性（一定程度上靠近该值的精确性；大致或合理地接近该值；近乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义另行理解，那么本文中所用的“约”至少表示可能由测量和使用此类参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%、以及在某些方面任选小于或等于0.1%的变化。
此外，范围的公开包括在整个范围内所有值和进一步细分范围的公开，包括对于这些范围给出的端点和子范围。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
典型的锂离子电池组包括与第二电极（例如负极或阳极）相对的第一电极（例如正极或阴极）和设置在其间的隔离件和/或电解质。通常，在锂离子电池包中，电池组或电池可以以堆叠或卷绕配置电连接以增加总体输出。锂离子电池组通过在第一电极与第二电极之间可逆地传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可以从正极移动至负极，而当电池组放电时以相反的方向移动。电解质适于传导锂离子，并且在各个方面可以为液体、凝胶或固体形式。例如，在图1中显示了电化学电池（也称为电池组）20的示例性和示意性图示。尽管所示实例包括单个阴极24和单个阳极22，但本领域技术人员将认识到，本教导适用于各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极，以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻设置的电活性层的各种集流体的那些。
电池组20包括负极（阳极）22、正极（阴极）24和设置在电极22、24之间的隔离件26。隔离件26在电极22、24之间提供电隔离——防止物理接触。隔离件26还在锂离子循环过程中为锂离子和在某些情况下的相关阴离子的内部通行提供最小电阻路径。在各个方面，隔离件26包含电解质30，在某些方面，其也可以存在于负极22和正极24中。
负极集流体32可以位于负极22处或附近，且正极集流体34可以位于正极24处或附近。负极集流体32和正极集流体34分别将自由电子收集和移动至外部电路40并且从外部电路40收集和移动自由电子。例如，可中断外部电路40和负载装置42可以连接负极22（通过负极集流体32）和正极24（通过正极集流体34）。正极集流体34可以是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔、金属网格或丝网、或多孔金属（expandedmetal）。负极集流体32可以是包含铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔、金属网格或丝网、或多孔金属。
电池组20可以在放电过程中通过在外部电路40闭合（以连接负极22和正极24）且负极22含有与正极24相比相对更大量的锂时发生的可逆电化学反应产生电流。正极24与负极22之间的化学势差将在负极22处通过反应（例如插层锂的氧化）产生的电子经外部电路40朝向正极24驱动。同样在负极22处产生的锂离子同时经隔离件26中所含的电解质30朝向正极24转移。电子流经外部电路40且锂离子穿过含有电解质30的隔离件26迁移以便在正极24处形成插层锂。可以将通过外部电路40的电流控制和引导经过负载装置42，直到负极22中的锂耗尽且电池组20的容量降低。
可以通过将外部电源与锂离子电池组20连接以逆转电池组放电过程中发生的电化学反应来随时给电池组20充电或重新供能。将外部电能源与电池组20连接促进了正极24处的反应（例如插层锂的非自发氧化），由此产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30穿过隔离件26朝向负极22流回从而用锂（例如插层锂）再填充负极22以便在下一次电池组放电事件过程中使用。由此，一个完整的放电事件和随后的一个完整的充电事件被认为是一次循环，其中锂离子在正极24与负极22之间循环。可用于将电池组20充电的外部电源可以根据电池组20的尺寸、构造和和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于通过壁装电源插座与AC电网连接的AC-DC转换器和机动车交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，将负极集流体32、负极22、隔离件26、正极24和正极集流体34各自制备为相对薄的层（例如，厚度从几微米至零点几毫米或更小）并且以电气并联布置连接的层形式组装以提供合适的电能和电源包。在各个方面，电池组20还可以包括尽管并未在本文中描绘但仍然为本领域技术人员所知的多种其它组件。例如，电池组20可以包括外壳、垫圈、端帽、极耳、电池组端子以及可能位于电池组20内（包括在负极22、正极24和/或隔离件26之间或周围）的任何其它常规组件或材料。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可以根据设计它以用于其中的特定应用而不同。例如，电池组供电的车辆和手持式消费电子设备是其中电池组20最有可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格的两个实例。电池组20还可以与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以便在负载装置42需要的情况下产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以产生流向作为外部电路40的一部分的负载装置42的电流。负载装置42可以由电池组20放电时通过外部电路40的电流来供电。虽然电气负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，但几个具体实例包括用于电气化车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话和无绳电动工具或电器。负载装置42还可以是发电设备，其为了储存电能的目的而对电池组20充电。
重新参照图1，正极24、负极22和隔离件26可以各自例如在其孔隙内包含能够在负极22与正极24之间传导锂离子的电解质溶液或体系30。例如，电解质30可以是凝胶聚合物电解质（"GPE"），其具有大于或等于约10 mPs‧S至小于或等于约10,000 mPs‧S、和在某些方面任选大于或等于约50 mPs‧S至小于或等于约1000 mPs‧S的粘度，并且包含固定在聚合物基质内的非水性液体电解质溶液。例如，电解质可以包含大于或等于约1重量%至小于或等于约99重量%、和在某些方面任选大于或等于约50重量%至小于或等于约95重量%的非水性液体电解质溶液和大于或等于约1重量%至小于或等于约99重量%、和在某些方面任选大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的聚合物基质。
在各个方面，聚合物基质可以由聚合物骨架限定，所述聚合物骨架包含选自以下的一种或多种聚合物：聚(环氧乙烷)（PEO）、聚(丙烯腈)（PAN）、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）及其组合。所述非水性液体电解质溶液包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。例如，可以使用许多常规的非水性液体电解质溶液。
合适的锂盐通常具有惰性阴离子。可以溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的非限制性名单包括六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂（LiTFSI）（LiN(CF3SO2)2）、氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）、氟代烷基磷酸锂（LiFAP）（Li3O4P）及其组合。
这些和其它类似的锂盐可以溶解在各种有机溶剂中，所述有机溶剂包括但不限于各种碳酸烷基酯，例如环状碳酸酯（例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)）、直链碳酸酯（例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)）、脂族羧酸酯（例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯）、γ-内酯（例如γ-丁内酯、γ-戊内酯）、链结构醚（例如1,2-二甲氧基乙烷(DME)、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷）、环醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷(DOL)）、硫化合物（例如环丁砜）及其组合。在各个方面，液体电解质可以包含浓度大于或等于0.1M至小于或等于约5M的一种或多种锂盐。
在各个方面，包含凝胶聚合物电解质的电解质30可以同时充当锂离子的导体和隔离件，例如隔离件26，使得不需要另外的隔离件组件。然而，在各个其它方面，隔离件26可以是微孔聚合物隔离件，其包含例如聚烯烃。聚烯烃可以是均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种单体成分），其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可以采用任何共聚物链排布，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是衍生自超过两种单体成分的杂聚物，则其同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或PE和PP的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的聚烯烃多孔膜包括可获自Celgard LLC的CELGARD® 2500（单层聚丙烯隔离件）和CELGARD® 2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。预期用于形成隔离件26的各种其它常规可获得的聚合物和商业产品，以及可用于产生这样的微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。
当隔离件26是微孔聚合物隔离件时，其可以是单层或多层层合体，其可以由干法或湿法工艺制造。例如，在某些情况下，单个聚烯烃层可以形成整个隔离件26。在其它方面，隔离件26可以是具有在相对表面之间延伸的大量孔隙的纤维膜，并且可以具有例如小于1毫米的平均厚度。然而，作为另一实例，可以组装多个相似或不相似的聚烯烃的离散层以形成微孔聚合物隔离件26。
除了聚烯烃之外，隔离件26还可以包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺（尼龙）、聚氨酯类、聚碳酸酯类、聚酯类、聚醚醚酮类（PEEK）、聚醚砜类（PES）、聚酰亚胺类（PI）、聚酰胺-酰亚胺类、聚醚类、聚甲醛（例如，乙缩醛）、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚硅氧烷聚合物（例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)）、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚亚苯基类、聚亚芳基醚酮类、聚全氟环丁烷类、聚偏二氟乙烯共聚物（例如，PVdF-六氟丙烯或(PVdF-HFP)）、以及聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物（例如，VECTRANTM(Hoechst AG, Germany)和ZENITE® (DuPont, Wilmington, DE)）、聚芳酰胺类、聚苯醚、纤维素材料、介孔二氧化硅、或任何其它适于生成所需多孔结构的材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可以进一步作为纤维层包括在隔离件26中，以便帮助为隔离件26提供合适的结构特性和孔隙率特性。
在某些方面，隔离件26可以进一步包含陶瓷涂层和耐热材料涂层中的一种或多种。陶瓷涂层和/或耐热材料涂层可以设置在隔离件26的一个或多个侧面上。形成陶瓷层的材料可以选自：氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）及其组合。耐热材料可以选自：Nomex、Aramid及其组合。
在各个方面，正极24包含锂基正极电活性材料，其能够进行锂插层和脱插、合金化和脱合金化、或镀覆和剥离，同时充当电容电池组20的正极端子。在各个方面，正极24可以由多个电活性材料粒子（未显示）限定。这样的正极电活性材料粒子可以设置在一个或多个层中，以便限定正极24的三维结构。在某些变型中，如上所述，正极24可以进一步包含电解质30，例如多个电解质粒子（未显示）。
在各个方面，正极24可以是层状氧化物阴极、尖晶石阴极和聚阴离子阴极中的一种。例如，层状氧化物阴极（例如岩盐层状氧化物）包含选自LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0≤x≤1且0≤y≤1）、LiNixMn1-xO2（其中0≤x≤1）、Li1+xMO2（其中M为Mn、Ni、Co和Al中的一种且0≤x≤1）（例如LiCoO2 (LCO)、LiNiO2、LiMnO2、LiNi0.5Mn0.5O2、NMC111、NMC523、NMC622、NMC 721、NMC811、NCA）的一种或多种锂基正极电活性材料。尖晶石阴极包含选自LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4的一种或多种锂基正极电活性材料。橄榄石型阴极包含例如LiV2(PO4)3、LiFePO4、LiCoPO4和LiMnPO4的一种或多种锂基正极电活性材料。羟磷锂铁石（Tavorite）型阴极包含例如LiVPO4F。硼酸盐型阴极包含例如LiFeBO3、LiCoBO3和LiMnBO3中的一种或多种。硅酸盐型阴极包含例如Li2FeSiO4、Li2MnSiO4和LiMnSiO4F。在再另一些变型中，正极24可以包含一种或多种其它正极电活性材料，如(2,5-二锂氧基)对苯二甲酸二锂（dilithium(2,5 dilithiooxy)terephthalate）和聚酰亚胺中的一种或多种。在各个方面，可以任选将正极电活性材料包覆（例如通过LiNbO3和/或Al2O3）和/或可以将正极电活性材料掺杂（例如通过镁(Mg)、铝(Al)和锰(Mn)中的一种或多种）。
正极24的正极电活性材料可以任选与一种或多种提供电子传导路径的导电材料和/或至少一种改善正极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料混杂。例如，正极24中的正极电活性材料可以任选与粘合剂混杂，所述粘合剂如聚(四氟乙烯)（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）及其组合。导电材料可以包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子、或导电聚合物。碳基材料可以包括例如炭黑粒子、石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和碳纳米管、石墨烯等等。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。
例如，正极24可以包含大于或等于约50重量%至小于或等于约99重量%、和在某些方面任选大于或等于约50重量%至小于或等于约95重量%的正极电活性材料；大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%、和在某些方面任选大于或等于约2重量%至小于或等于约5重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%、和在某些方面任选大于或等于约2重量%至小于或等于约5重量%的一种或多种粘合剂。
在各个方面，负极22包含能够充当锂离子电池组的负极端子的锂宿主材料。例如，负极22可以包含能够充当电池组20的负极端子的锂宿主材料（例如，负极电活性材料）。在各个方面，负极22可以由多个负极电活性材料粒子（未显示）限定。这样的负极电活性材料粒子可以设置在一个或多个层中，以便限定负极22的三维结构。在某些变型中，如上所述，负极22可以进一步包含电解质30，例如多个电解质粒子（未显示）。
负极22可以包含基于锂的负极电活性材料，其包含例如锂金属和/或锂合金。在其它变型中，负极22可以包含基于硅的负极电活性材料，其包含硅，例如硅合金、硅氧化物或其组合，在某些情况下，其可以进一步与石墨混合。在再其它变型中，负极22可以是作为碳质阳极的负极电活性材料，所述碳质阳极包含例如一种或多种负极电活性材料，例如石墨、石墨烯和/或碳纳米管（CNT）。在再另一些变型中，负极22可以包含一种或多种接受锂的负极电活性材料，例如锂钛氧化物（Li4Ti5O12）、一种或多种过渡金属（例如锡(Sn)）、一种或多种金属氧化物（例如氧化钒(V2O5)、氧化锡(SnO)、二氧化钛(TiO2)）、钛铌氧化物（TixNbyOz，其中0≤x≤2，0≤y≤24，且0≤z≤64）和一种或多种金属硫化物（例如硫化亚铁或硫化铁(FeS)）。在各个方面，如下面进一步详述的那样，负极电活性材料可以被预锂化。
在各个方面，负极22中的负极电活性材料可以任选与一种或多种提供电子传导路径的导电材料和/或至少一种改善负极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料混杂。例如，负极22中的负极电活性材料可以任选与粘合剂混杂，所述粘合剂如聚(四氟乙烯)（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）及其组合。导电材料可以包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子、或导电聚合物。碳基材料可以包括例如炭黑粒子、石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和碳纳米管、石墨烯等等。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。
例如，负极22可以包含大于或等于约50重量%至小于或等于约99重量%、和在某些方面任选大于或等于约50重量%至小于或等于约95重量%的负极电活性材料；大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%、和在某些方面任选大于或等于约5重量%至小于或等于约20重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%、和在某些方面任选大于或等于约5重量%至小于或等于约15重量%的一种或多种粘合剂。
在各个方面，本公开提供了制备凝胶聚合物电解质（例如图1中所示的电解质30）的方法。该方法包括将凝胶化试剂加入到包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐的非水性液体电解质溶液中。例如，非水性液体电解质溶液可以包含选自以下的一种或多种锂盐：六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂（LiTFSI）（LiN(CF3SO2)2）、氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）、氟代烷基磷酸锂（LiFAP）（Li3O4P）及其组合。
非水性液体电解质溶液可以包含选自以下的一种或多种溶剂：碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷（DOL）、环丁砜及其组合。
凝胶化试剂可以包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂。例如，所述交联剂各自可以是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
例如，在各个方面，所述一种或多种交联剂选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
所述一种或多种引发剂各自是热引发剂和光化辐射/电子束引发剂中的一种。例如，在某些变型中，所述一种或多种引发剂可以是选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。在这样的情况下，该方法可以进一步包括将电解质混合物加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃、和在某些方面任选大于或等于约50℃至小于或等于约70℃的温度，持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟、和在某些方面任选大于或等于约30分钟至小于或等于约120分钟的时间段，以形成凝胶聚合物电解质。例如，在各种情况下，可以将包含所述一种或多种交联剂和所述热引发剂的电解质混合物引入或注入电化学电池（例如类似于图1中所示的电池组20）中，并且通过施加热可以引发所述一种或多种交联剂的原位聚合或交联。
在其它变型中，所述一种或多种引发剂可以是选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。在这样的情况下，该方法可以进一步包括施加电子束和光化辐射中的一种，例如紫外光（例如200 nm至400 nm），以形成凝胶聚合物电解质。例如，在各种情况下，可以将包含所述一种或多种交联剂和所述光化/电子束引发剂的电解质混合物引入或注入电化学电池（例如类似于图1中所示的电池组20）中，并且施加电子束和/或光化辐射，例如紫外光（例如200 nm至400 nm），可以引发所述一种或多种交联剂的原位聚合或交联。
加热电解质混合物和/或将电子束和光化辐射中的一种施加至电解质混合物可以引发交联剂的聚合或交联，由此形成限定凝胶聚合物电解质的聚合物骨架或基质。聚合物骨架为液体电解质提供支撑。
实施例
通过以下非限制性实施例进一步说明本技术的实施方案和特征：
实施例I
根据本公开的各个方面制备示例性电化学电池。例如，可以将包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮的凝胶化试剂加入到包含盐：六氟磷酸锂（LiPF6）和共溶剂：氟代碳酸亚乙酯（FEC）和碳酸甲乙酯（EMC）的液体电解质中。例如，电解质混合物可以包含约5重量%的凝胶化试剂。可以将电解质混合物加入到具有包含NMC622的正极和包含锂金属的负极的电化学电池中。
示例性电化学电池根据本公开的各个方面制备，并且可以与其中不存在凝胶化试剂的可比较基准电化学电池进行比较。例如，如图2中所示，与基准电化学电池220相比，示例性电化学电池210具有改善的容量保持率。例如，示例性电化学电池210可以具有约30%的循环寿命改善。图2中的y1-轴202表示总容量（mAh）且y2-轴204表示库仑效率（%），而循环次数显示在x-轴206上。
实施例II
根据本公开的各个方面制备另一示例性电化学电池。例如，可以将包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和二苯甲酮的凝胶化试剂加入到包含盐：氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）和溶剂：1,2-二甲氧基乙烷（DME）的液体电解质中。例如，电解质混合物可以包含约5重量%的凝胶化试剂。可以将电解质混合物加入到具有包含硫的正极和包含锂金属的负极的电化学电池中。
示例性电化学电池根据本公开的各个方面制备，并且可以与其中不存在凝胶化试剂的可比较基准电化学电池进行比较。例如，如图3中所示，与基准电化学电池320相比，示例性电化学电池310具有改善的容量保持率。事实上，示例性的可比较电化学电池320在大约20次循环时遭受内短路（internal short），而示例性电化学电池310运行超过100次循环。图3中的y1-轴302表示总容量（mAh）且y2-轴304表示库仑效率（%），而循环次数显示在x-轴306上。
出于说明和描述的目的，已经提供了前面的实施方案的描述。其并非意在为详尽的或限制本公开。特定实施方案的各个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适当的情况下可以互换，并且即使未具体示出或描述也可以在所选实施方案中使用。其也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是背离本公开，并且所有这样的修改意在被包括在本公开的范围内。
Claims (10)
1.制备用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质的方法，其中所述方法包括：
将凝胶化试剂加入到液体电解质中以形成限定凝胶聚合物电解质的电解质混合物，其中所述凝胶化试剂包含一种或多种引发剂和一种或多种交联剂，所述一种或多种引发剂各自是热引发剂和光化/电子束引发剂中的一种，所述一种或多种交联剂各自是具有一个或多个取代基的三齿烷烃和四齿烷烃中的一种，所述取代基包括由下式表示的端基：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种交联剂选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烷酰基改性的二季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯及其组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述凝胶聚合物电解质包含由所述一种或多种交联剂限定的聚合物骨架。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的热引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）、1,1'-偶氮二(环己烷甲腈)（ABCN）、过氧化苯甲酰（BPO）、二叔丁基过氧化物及其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在将所述凝胶化试剂加入到所述液体电解质中之后，所述方法进一步包括将所述电解质混合物加热到大于或等于约45℃至小于或等于约120℃的温度持续大于或等于约5分钟至小于或等于约180分钟的时间段以形成所述凝胶聚合物电解质。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种引发剂包括选自以下的光化/电子束引发剂：二苯甲酮、二芳基碘鎓六氟锑酸盐、苯乙酮、茴香偶姻、苯偶酰、苯偶姻、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉基苯丁酮、樟脑醌、4,4'-二羟基二苯甲酮、4'-乙氧基苯乙酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉基苯丙酮、噻吨-9-酮及其组合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在将所述凝胶化试剂加入到所述液体电解质中之后，所述方法进一步包括将电子束或光化辐射中的一种施加至所述电解质混合物以形成所述凝胶聚合物电解质。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝胶化试剂包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种引发剂和余量的所述一种或多种交联剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体电解质包含：
一种或多种锂盐，其选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）、硝酸锂（LiNO3）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂（LiTFSI）（LiN(CF3SO2)2）、氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）、氟代烷基磷酸锂（LiFAP）（Li3O4P）及其组合；和
一种或多种溶剂，其选自：碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷（DOL）、环丁砜及其组合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述凝胶聚合物电解质注入电化学电池中。
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