[發明專利]改性聚合物凝膠電解質薄膜、制備方法和用途

無效

• 申請號: 01113083.0
• 申請日: 2001-06-06
• 公開（公告）號: CN1330104A
• 公開（公告）日: 2002-01-09
• 發明（設計）人: 顧利霞;王標兵;肖茹
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08L27/08
• 分類號: C08L27/08;C08L33/00;C08K3/20;C08K7/08;H01M10/02
• 代理公司: 上海新天專利事務所
• 代理人: 徐偉奇

本發明涉及到無機晶須或納米材料改性凝膠電解質薄膜材料、制備方法和用途，特別是適用于可充鋰電池、手提電腦、傳感器以及電動工具等的改性凝膠電解質薄膜材料。

可充鋰電池與其它可充電化學體系相比，具有更強的動力、能量密度以及更長的使用壽命。為此，人們進行了大量旨在提高可充鋰電池性能的研究，尤其是開發性能更加優異的電解質。

為解決以金屬鋰為陽極可充電池的安全性和循環壽命兩大技術難題而發展起來的液體電解質鋰離子電池，具有比能量高、放電電壓平穩、循環壽命長等優點。但這類電池也有明顯的缺陷，含液體電解質的可充鋰離子電池易發生電解質泄漏，存在安全問題；液體鋰離子電池會發生陽極鈍化現象，減小了輸出，縮短了使用壽命，另外由于不能連續作業，生產效率低，液體電解質也不適于制備所有尺寸和形狀的可充鋰離子電池。

同液體電解質可充鋰離子電池相比，固體電解質可充鋰離子電池克服了液體電解質泄漏問題，在電池設計上靈活性大，可按電器需要確定尺寸。但是固體電解質的電導率通常在10^-5Scm^-1數量級，而用于制備可充鋰離子電池的電解質電導率必須高于10^-3Scm^-1。顯然固體電解質在制備高性能電池的實際應用中非常不利。

一類新型固體電解質-凝膠電解質是一種很有應用前景的材料。凝膠電解質是將鋰鹽溶解于溶劑中，而后在一定溫度下，適量的聚合物溶解于上述溶液，冷卻或去除少量的溶劑使溶液凝固成類固狀。由于凝膠電解質的尺寸穩定，易于加工，室溫下電導率可達10^-3Scm^-1，立即在電化學設備中引起了人們的極大興趣。

自Bellcore公司在專利(US9005418091A)中報道了一種新型、具有商業使用價值的凝膠電解質的制備，并可以開發成塑性可充鋰離子電池以來，已有多篇關于采用凝膠電解質的可充鋰離子電池制備的專利報道。

然而在制備凝膠電解質時，由于吸收了大量的液體電解質，產生了兩個有待解決的問題：(1)凝膠電解質缺乏足夠的力學完整性以防止兩極間的短路；(2)形成凝膠時吸收過量的液體電解質。每個問題都是凝膠電解質在電池應用中非常大的限制。另一方面，在凝膠電解質體系中，電解質與電極材料的接觸層表面無疑會產生鈍化現象。

因此，有必要研究開發一種新的凝膠電解質體系，既有優異的力學完整性又能吸收足量的液體電解質保證體系具有高離子電導率，同時降低鈍化現象。

本發明目的是提供一種氧化鋅晶須或納米材料改性凝膠電解質薄膜材料。

本發明目的還提供上述氧化鋅晶須或納米材料改性凝膠電解質薄膜材料的制備方法。

本發明另一目的是提供上述氧化鋅晶須或納米材料改性凝膠電解質薄膜材料的用途。

本發明的氧化鋅晶須或納米材料改性凝膠電解質薄膜材料，用于可充鋰離子電池的聚合物凝膠電解質，是由液體電解質、一種或一種以上的能形成凝膠的聚合物、氧化鋅晶須或納米材料所組成，所述的液體電解質、聚合物和氧化鋅晶須或納米材料三者的重量比為1∶0.1—0.5∶0.003-0.06，所述的液體電解質是一種或一種以上的增塑劑和能溶于增塑劑的鋰鹽組成，液體電解質中鋰鹽濃度為0.5～2mol。

在本發明的聚合物凝膠電解質中，所述的鋰鹽是高氯酸鋰、六氟磷酸鋰或六氟砷酸鋰中的一種或是兩種上述鋰鹽的混合物，液體電解質中鋰鹽濃度為0.5～2mol，以鋰鹽濃度1mol為好。

上述的液體電解質中所述的增塑劑是丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或二乙基碳酸酯中一種或一種以上的混合增塑劑，上述混合增塑劑的體積比為1∶0—1∶0—1∶0—1。

本發明的聚合物凝膠電解質中，所述的無機納米材料是納米氧化鋅、納米級ATO(Sd₂O₃·SnO₂)或納米氧化銅。

本發明中上述的聚合物為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈。聚合物的含量為液體電解質重量的20—40％。

本發明中所述的無機晶須材料是氧化鋅晶須材料，其用量以聚合物重量的8—12％為好。

本發明的聚合物凝膠電解質制備方法，是將上述的液體電解質、聚合物和無機晶須或納米材料三者的重量比為1∶0.1—0.5∶0.003-0.06的溶液，攪拌均勻后，用流涎法制備。即將該混合物加熱攪拌均勻后，倒在玻璃板上成膜。