[發明專利]聚合物凝膠電解質和應用它的鋰電池

有效

• 申請號: 01117957.0
• 申請日: 2001-04-29
• 公開（公告）號: CN1332486A
• 公開（公告）日: 2002-01-23
• 發明（設計）人: 盧亨坤
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01B1/12;C08L71/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,羅才希

本發明涉及一種聚合物凝膠電解質以及應用它的鋰電池，更具體地說，是涉及一種聚合物凝膠電解質和一種通過使用這種聚合物凝膠電解質而具有改進的可靠性和安全性的鋰電池。

象已知的那樣，當一種環氧乙烷均聚物和一種堿金屬離子體系被應用時，離子導電特性即得到改進，聚合物固體電解質已經得到深入研究。作為研究的結果，許多關注被賦予聚醚諸如聚環氧乙烷作為聚合物基質，因為金屬陽離子在其中有高的運動自由度和溶解度。

金屬離子的運動發生在聚合物的無定形區域而不是聚合物的結晶區域。這樣，為減小聚環氧乙烷的可結晶性，已經提出了一些聚環氧乙烷和各種環氧化合物共聚的方法(美國專利No.5,968,681和5,837,157)。

鋰蓄電池按照它們所用的電解質種類來分類，可分為鋰離子電池和鋰離子聚合物電池。一般鋰離子電池用圓柱形盒殼或棱柱形盒殼作為密封電極裝置的盒殼。然而近來廣泛使用盒袋來代替這類盒殼。用盒袋作為盒殼的理由是它使每單位重量和單位體積的能量密度增加，可做成薄和輕的電池，并且材料價值可以降低。

圖1是用盒袋作為盒殼的鋰離子電池的部件分解透視圖。

參看圖1，鋰離子電池包括具有陰極11、陽極12、隔膜13的電極裝置10，盒殼14環繞并密封著電極裝置10。這里電極裝置10是這樣形成的，即把隔膜13插嵌在陰極11和陽極12之間并卷疊起來。陰極分接頭12和陽極分接頭12’作為電極裝置10和外部的通電途徑從陰極11和陽極12分別拉出以形成電極終端接頭13和13’。

圖2是普通鋰離子聚合物電池的部件分解透視圖。

參看圖2，這種鋰離子聚合物電池包括具有陰極、陽極和隔膜的電極裝置21，并且盒殼22環繞并密封住電極裝置21。電極終端接頭(或引線)24和24’用來引導電極裝置21形成的電流流向外部，它被連接到陰極分接頭23和陽極分接頭23’上，23和23’分別安裝在陰極和陽極上，并以預先決定的長度暴露在盒殼22的外面。

如上所述，在圖1所示的鋰離子電池和圖2所示的鋰離子聚合物電池中，電極裝置10和21是放在盒殼11和22中的，電解質溶液被注入其中，同時電極端子13和13’以及24和24’被部份地暴露在盒殼外面。然后加熱和加壓使上部和下部盒殼邊緣的熱粘附材料把上、下部份粘合而密封，從而完成電池制作。

如上所述，因為電解質溶液是在電極裝置被放入盒殼之后注入的，在使用低沸點有機溶劑的情況下，電極裝置或盒袋可能膨脹，導致電池可靠性和安全性的變壞。

為解決上述問題，已經提出了一些組裝電池的方法，使電極和電解質可通過紫外射線或電子束照射導致固化來制備；或者電極板用凝膠涂布而不必分開地注入一種電解質溶液，如在美國專利No.5,972,539、5,279,910、5,437,942和5,340,368中所公開的那樣。在實際中，電極裝置或盒袋的膨脹可得到某種程度的緩解，但仍然是不能令人滿意的。

為解決上述問題，本發明人進行了各種研究，并完成了涉及使用一種聚環氧乙烷聚合物形成凝膠電解質的本發明。

本發明的第一個目的是提供一種聚合物凝膠電解質，它能有效地掏由于電解質溶液造成電池的膨脹。

本發明的第二個目的是提供一種鋰電池，它通過使用聚合物凝膠電解質，能防止由于電解質溶液使電池膨脹造成電池的可靠性和安全性的降低。

本發明的第三個目的是提供一種制造鋰電池的方法。

為達到第一個目的，提供了一種聚合物凝膠電解質，它是通過把一種三元共聚物溶解在一種低沸點有機溶劑中，混合一種鋰鹽和外加的有機溶劑以獲得一種形成電解質的組合物，然后從組合物中除去低沸點有機溶劑；該三元共聚物含有式1代表的重復單元、式2代表的重復單元和式3代表的重復單元：

[式1]

????????-(CH₂CH₂O)-

[式2]

[式3]其中n為1至12的一個整數，R是含有1至12個碳原子的烷基。

最好是，式1代表的重復單元的含量基于1摩爾三元共聚物計算為0.1至0.9摩爾％，式2代表的重復單元的含量基于1摩爾三元共聚物計算為0.1至0.8摩爾％，式3代表的重復單元基于1摩爾三元共聚物計算為0.01至0.8摩爾％。