电解液、凝胶聚合物电解质和电池的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及电解液、凝胶聚合物电解质和电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优点，已广泛应用于消费电子、电动汽车和规模储能等领域。

2、液态锂离子电池在长期循环过程中，面临着电解液泄漏、易燃易爆等难以根除的安全隐患，这极大地限制了其在高能量密度储能场景下的应用。尽管采用固态电解质能够从本质上提升电池的安全性，但受限于室温离子电导率偏低以及与电极间固-固界面接触不良等瓶颈，其实际电化学性能往往难以达到预期。在此情景下，准固态凝胶聚合物电解质作为一种兼具高安全性与优异电化学性能的理想方案，正逐渐成为下一代储能材料的重要发展方向。凝胶电解质通过聚合物三维网络对液态组分进行有效束缚，在保留较高离子电导率的同时，显著降低了漏液风险，并能在一定程度上抑制电解液在电极界面的持续分解。

3、然而，目前凝胶电解质体系在实际应用与深入研究中仍面临多重严峻挑战。一方面，现有凝胶体系对高温环境的耐受性不足，聚合物骨架在高温下易发生热软化甚至降解，被束缚的液态组分挥发压增大并极易从网络中析出，不仅破坏了电解质的完整性，更可能因内部气压升高引发电池鼓包甚至热失控，导致电池的循环性能和安全性能快速劣化；另一方面，面对急剧的温度变化，由于聚合物基体与电极材料的热膨胀系数存在显著差异，界面处会产生巨大的热应力，而现有凝胶网络缺乏足够的韧性来缓冲这种应力，极易导致电解质膜产生微裂纹或从电极表面剥离，从而切断离子传输通道。此外，凝胶化过程中的微观结构难以同时满足“耐热”与“高导”的矛盾需求，为了提升耐高温性能而增加交联密度往往会导致电解质在高温下变脆、抗热冲击能力下降，而为了保持高离子电导率设计的松散网络又难以在高温下有效抑制溶剂的逃逸和界面的副反应，导致电池在宽温域循环中性能迅速衰减。

4、因此，亟待开发一种能够同时保障电池的高温性能和安全性能的电解质。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种电解液、凝胶聚合物电解质和电池，该电解液反应形成的凝胶聚合物电解质能够使电池呈现优异的高温循环性能、高温存储性能和热安全性能。

2、本申请第一方面提供一种电解液，其中，包括环状醚类化合物、含氟化合物、含硼锂盐、基础锂盐和有机溶剂；

3、所述电解液满足以下关系式：

4、0.1≤b/a≤15；

5、0.2≤b/c≤20；

6、0.1≤(a+b+c)/x；

7、其中，所述环状醚类化合物在所述电解液中的质量分数为a%；所述含氟化合物在所述电解液中的质量分数为b%；所述含硼锂盐在所述电解液中的质量分数为c%；包括所述电解液反应形成的凝胶聚合物电解质的电化学装置的满充电压为x，单位为v。

8、如第一方面所述的电解液，其中，0.5≤b/a≤8；

9、和/或，0.5≤b/c≤10；

10、和/或，0.3≤(a+b+c)/x。

11、如第一方面所述的电解液，其中，0.1≤a≤5；

12、和/或，0.1≤b≤6；

13、和/或，0.1≤c≤3；

14、和/或，4.3v≤x≤4.65v。

15、如第一方面所述的电解液，其中，所述环状醚类化合物包括1,3-二氧戊环、1,4-二氧己环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、冠醚中的至少一种。

16、如第一方面所述的电解液，其中，所述含氟化合物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、全氟磺酸树脂、端羟基全氟聚醚、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯中的至少一种；

17、和/或，所述含硼锂盐包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三（五氟苯基）硼烷中的至少一种。

18、如第一方面所述的电解液，其中，所述基础锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种；

19、和/或，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二苯酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、1,3-二氧戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的至少一种。

20、本申请第二方面提供一种凝胶聚合物电解质，其中，由如第一方面所述的电解液反应形成。

21、如第二方面所述的凝胶聚合物电解质，其中，所述凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

22、将所述环状醚类化合物、含氟化合物、含硼锂盐、基础锂盐和有机溶剂混合均匀后，得到电解液；

23、在40℃～80℃下将所述电解液进行热固化处理2h～48h，得到所述凝胶聚合物电解质；其中，所述环状醚类化合物与含氟化合物在含硼锂盐的引发作用下经聚合反应和交联反应后形成聚合物。

24、本申请第三方面提供一种电池，其特征在于，包括如第二方面所述的凝胶聚合物电解质。

25、本申请第四方面提供一种如第三方面所述的电池的制备方法，其中，包括以下步骤：

26、1）将所述环状醚类化合物、含氟化合物、含硼锂盐、基础锂盐和有机溶剂混合均匀后，得到电解液；

27、2）将所述电解液注入电芯中，静置后，在40℃～80℃下进行热固化处理2h～48h，得到所述电池；其中，所述环状醚类化合物与含氟化合物在含硼锂盐的引发作用下经聚合反应和交联反应后形成聚合物。

28、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过环状醚类化合物、含氟化合物与含硼锂盐的协同作用，在含硼锂盐的引发下促使环状醚类化合物与含氟化合物发生共聚及交联反应，从而形成凝胶聚合物电解质。在此过程中，通过精准控制电解液中各组分（环状醚类化合物、含氟化合物、含硼锂盐）的配比，以及上述组分与电化学满电电压的适配关系，使凝胶聚合物电解质体系呈现出三重协同效应：首先，含硼锂盐同时引发环状醚的开环聚合与含氟聚合物的交联反应，构建出聚醚-含氟互穿网络结构（ipn），该结构兼具聚醚的高离子传导性与含氟聚合物的高电压耐受性，在有效束缚液态组分的同时，实现了界面的稳定化。其次，含硼锂盐分解产生的b-o、b-f组分与含氟聚合物衍生的lif层在负极表面共同构筑了梯度杂化界面，该界面结合了硼化合物的离子调控能力与氟化物的高机械强度，能够有效均匀化锂离子流，从而抑制锂枝晶的生长。最后，含硼锂盐的硼中心空轨道与环状醚的醚氧原子协同络合正极溶出的过渡金属离子，阻断了其催化电解液分解的链式反应；同时，含氟聚合物的强电负性显著增强了凝胶体系在高压下的抗氧化能力，最终形成了一套高电压、高安全性的协同防护体系，有效改善电池的高温性能和安全性能。

29、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

1.一种电解液，其特征在于，包括环状醚类化合物、含氟化合物、含硼锂盐、基础锂盐和有机溶剂；

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，0.5≤b/a≤8；

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，0.1≤a≤5；

4.根据权利要求1至3任一项所述的电解液，其特征在于，所述环状醚类化合物包括1,3-二氧戊环、1,4-二氧己环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、冠醚中的至少一种。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电解液，其特征在于，所述含氟化合物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、全氟磺酸树脂、端羟基全氟聚醚、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯中的至少一种；

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述基础锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种；

7.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的电解液反应形成。

8.根据权利要求7所述的凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求7或8所述的凝胶聚合物电解质。

10.一种权利要求9所述的电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：