[發(fā)明專利]一種鋰電池用共聚物基聚合物電解質(zhì)材料、復(fù)合電解質(zhì)膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810055841.7
• 申請(qǐng)日: 2008-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN101222055A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 南策文;王曉亮;林元華;梅驁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M6/16
• 分類號(hào): H01M6/16;H01M6/18;H01M10/40;C08L23/00;C08J5/18
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張慶敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類聚合物電解質(zhì)材料及其制備方法，具體地說(shuō)，涉及一類可應(yīng)用于新型高性能鋰電池(包括一次鋰電池，二次鋰離子電池和二次金屬鋰電池)的能量存儲(chǔ)、燃料電池的能量轉(zhuǎn)換、太陽(yáng)能電池、化學(xué)傳感器和電化學(xué)電容器等領(lǐng)域的利用共聚物作為基體的聚合物電解質(zhì)、其復(fù)合電解質(zhì)膜及其制備方法。

背景技術(shù)

聚合物電解質(zhì)由于具有不可燃和封裝效率高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合作為鋰電池的電解質(zhì)材料。傳統(tǒng)的聚氧化乙烯(PEO)與堿金屬鹽形成的聚合物電解質(zhì)在80℃以上可以達(dá)到高的離子電導(dǎo)率(大于10^-4?Scm^-1)，并可以實(shí)際用于通訊設(shè)備后備電源等領(lǐng)域。但在室溫下，此電解質(zhì)由于具有較高的結(jié)晶相，有限的溶解能力和較差的鏈段運(yùn)動(dòng)能力，導(dǎo)致電導(dǎo)率顯著下降，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。常用來(lái)提高室溫電導(dǎo)率的方法，一種是加入大量有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，但這帶來(lái)了燃燒爆炸等安全性方面的問(wèn)題。

另一種是加入固態(tài)無(wú)機(jī)顆粒制備復(fù)合型聚合物電解質(zhì)，比如采用納米無(wú)機(jī)氧化物粉末為原料，用簡(jiǎn)單的溶液澆鑄法把該復(fù)合粉末與聚合物鋰鹽復(fù)合制備成復(fù)合型聚合物電解質(zhì)。該方法只能有限提高室溫電導(dǎo)率。同時(shí)，聚合物電解質(zhì)由于缺乏在電池濫用情況下的熱失控控制，仍然具有安全隱患。

因此，人們需要研究開發(fā)一種室溫電導(dǎo)率高，安全性好的聚合物電解質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種電導(dǎo)率高，安全性好和低成本的基于共聚物的新型聚合物電解質(zhì)材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種聚合物電解質(zhì)材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的是提供一種由基于共聚物的聚合物電解質(zhì)材料與高分子隔膜復(fù)合而成的復(fù)合電解質(zhì)膜。

本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物電解質(zhì)膜的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種鋰電池用共聚物基聚合物電解質(zhì)材料，其含有共聚物基體和堿金屬鹽，所述共聚物基體是由氧化乙烯單元(-CH₂CH₂O-)和氧化丙烯單元[-CH₂CH(CH₃)O-]組成。

所述共聚物中氧化乙烯單元(-CH₂CH₂O-)和氧化丙烯單元[-CH₂CH(CH₃)O-]為任意分子量、任意在共聚物中所占的比例，任意在共聚物中氧化乙烯和氧化丙烯的排列和組合方式。優(yōu)選的為嵌段共聚物，其分子量為1000～20000，氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的比例為0.1～9的嵌段型共聚物。

所述堿金屬鹽為L(zhǎng)iClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、LiB(C₂O₄)₂(LiBOB)、LiN(SO₂CF₃)₂(LiTFSI)、LiSO₂CF₃(LiTf)、LiN(SO₂F)₂(LiFSI)或LiN(SO₂CF₂CF₃)₂(LiBETI)中的任意一種或它們之間的任意組合，優(yōu)選的為L(zhǎng)iClO₄、LiTFSI。

其中，共聚物和堿金屬鹽的O/Li摩爾比為6～100，優(yōu)選的為6～40，最優(yōu)選的為8～20。

本發(fā)明所述的聚合物電解質(zhì)材料還可進(jìn)一步含有占共聚物和堿金屬鹽總量重量百分比的0～30％的無(wú)機(jī)氧化物粉末。

所述無(wú)機(jī)氧化物粉末為Al₂O₃，SiO₂，ZrO₂和蒙脫石顆粒及其形成的介孔材料，其中所述的介孔材料是一種孔徑介于微孔與大孔之間的具有巨大表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)的新型材料。所述無(wú)機(jī)氧化物粉末的細(xì)度為1納米到10微米。

本發(fā)明的無(wú)機(jī)氧化物粉末還可以用堿金屬鹽溶液浸泡處理，使無(wú)機(jī)物孔道中附有堿金屬鹽溶液，可克服無(wú)機(jī)材料的離子傳導(dǎo)惰性。