[發(fā)明專利]自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)、其專用聚合物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810029569.5
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101381429A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖友好;李偉善;饒睦敏;周代營
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: C08F220/14
• 分類號: C08F220/14;C08F220/44;C08F218/08;C08J5/18;C08L33/20;H01M10/40;H01M6/16
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于凝膠聚合物電解質(zhì)制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以聚合物聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-醋酸乙烯酯)為基體的自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在所有的商業(yè)化可充放電的電池中，鋰離子電池具有能量密度最高、工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電低等優(yōu)點，故它比其它的可充放電電池有更廣泛的應(yīng)用。然而，由于使用含易燃有機溶劑的液體電解質(zhì)，鋰離子電池面臨著嚴(yán)重的安全性問題。這個問題可以通過使用不含任何溶劑分子的固體電解質(zhì)(SPE)來解決。但是，SPE在室溫下的離子電導(dǎo)率僅為1×10^-5S·cm^-1，比商業(yè)化的液體電解質(zhì)大概低三個數(shù)量級，這也不適合鋰離子電池的使用。凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)是代替SPE解決鋰離子安全性問題的一個好辦法，因為它使用聚合物基體，將液體有機溶劑轉(zhuǎn)化為凝膠。迄今為止，已經(jīng)報道了用作GPE基體的很多種聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)等。然而，由這些基體得到的GPE是使用同一種單體聚合而成，故缺乏好的綜合性能。例如，機械強度高，但是離子電導(dǎo)率低，反之亦然。

研究鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)受到了國內(nèi)外的關(guān)注，并已有關(guān)于聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等專利報道。申請?zhí)枮?00410077528.5的中國發(fā)明專利公開了“一種凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法”；申請?zhí)枮?00710068639.3的中國發(fā)明專利申請公開了“一種多孔型凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜及其制備方法”；申請?zhí)枮?00710068575.7的中國發(fā)明專利申請公開了“一種聚烯烴微孔膜支撐凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜的制備方法”。已公開的這三個專利(申請)的離子電導(dǎo)率剛剛達到10^-3S·cm^-1，電化學(xué)穩(wěn)定窗口仍不太理想，最高僅為4.8V(vs.Li/Li⁺)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種自支撐的鋰離子電池凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述自支撐的鋰離子電池凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明的又一目的在于提供上述自支撐的鋰離子電池凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)在制備聚合物鋰離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種專用于制備上述自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的聚合物。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：發(fā)明人首先得到了一種專用于制備自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的聚合物，該聚合物具有如下的結(jié)構(gòu)式：

其中w為1萬～1.5萬的整數(shù)。

以此聚合物為主要原料，發(fā)明人提供了一種自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)，其制備方法包括以下具體步驟：

(1)在N₂氣氛保護下，將質(zhì)量百分比為1～3％的乳化劑加入到質(zhì)量百分比為60～70％的去離子水中溶解，再加入質(zhì)量百分比為25～35％的單體甲基丙烯酸甲酯，丙烯腈和乙酸乙烯酯，攪拌均勻，在55～65℃下用恒壓漏斗加入質(zhì)量百分比為0.1～0.4％的引發(fā)劑，控制攪拌速度，進行反應(yīng)；反應(yīng)5～7小時后得到白色乳液，將白色乳液倒入1～1.5倍上述反應(yīng)體積、質(zhì)量濃度為2～5％的Al₂(SO₄)₃溶液中攪拌破乳，然后用溫度為50～70℃去離子水洗2～5次后，再用無水乙醇洗2～5次，得到白色的聚合物，此聚合物即具有上述的結(jié)構(gòu)式；將得到的白色聚合物放在真空干燥箱中50～70℃下干燥24～36小時。

(2)在60～80℃下，將聚合物溶解于N-N二甲基甲酰胺中至聚合物的質(zhì)量百分比為5～10％；完全溶解后，用不銹鋼刮刀將得到的粘稠溶液涂布在干凈的玻璃板上，用兩端貼透明膠紙的方法固定膜的厚度；然后連同玻璃板將膜浸泡在去離子水槽中，得到白色的薄膜；將膜放在流動水中沖洗0.5～1小時，放進去離子水中浸泡1～2小時，最后將膜放在真空干燥箱干燥20～30小時，制備得到自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物膜。

(3)在手套箱中將該膜裁剪成適當(dāng)尺寸后浸泡在電解液中20～40分鐘后得到自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)。

上述自支撐的鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法中：