[發(fā)明專利]聚合物電解質(zhì)及其制備方法和包括該聚合物電解質(zhì)的電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810180116.2
• 申請(qǐng)日: 2008-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN101735589A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號(hào): C08L71/02
• 分類號(hào): C08L71/02;C08K3/30;C08K3/24;C08K3/32;C08K3/38;C08K5/435;C08K5/42;C08J5/18;H01M10/40
• 代理公司: 北京潤平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陳小蓮;王鳳桐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物電解質(zhì)和該聚合物電解質(zhì)的制備方法，以及包括 該聚合物電解質(zhì)的電池。

背景技術(shù)

固體聚合物電解質(zhì)的研究始于1973年Wright等人(D.E.Fenton，J.M. Parker，P.V.Wright，Polymer，1973，14，589)對(duì)聚氧化乙烯與堿金屬離子絡(luò)合 物導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)。到1979年，法國Armand等人(J.M.Tarascon，M.Armand， Nature，2001，414，359)又發(fā)現(xiàn)聚氧化乙烯堿金屬鹽絡(luò)合物在40-60℃時(shí)離子 電導(dǎo)率為10^-5西門子/厘米，且絡(luò)合物具有良好的成膜性，可用作鋰離子電池 電解質(zhì)。

然而，聚氧化乙烯本身結(jié)構(gòu)所引起的易結(jié)晶性，使鋰離子在其中的傳輸 變得困難，一般其室溫離子電導(dǎo)率僅能達(dá)到10^-7-10^-8西門子/厘米這個(gè)數(shù)量 級(jí)。為此人們采取了多種方式來改善其聚合物電解質(zhì)的性能，其中與無機(jī)材 料共混和復(fù)合是聚合物改性的重要手段。

摻雜無機(jī)材料尤其是無機(jī)納米粒子是提高聚合物電解質(zhì)性能非常有效 的方法。其中最常用的摻雜劑一般有氧化物材料、鐵電性材料、含鋰化合物、 蒙脫土、分子篩、固體酸這幾大類材料，而且摻雜劑的摻雜方式也一般采用 直接投料法，即將無機(jī)摻雜劑作為原料直接加入到聚合物基體中，通過機(jī)械 攪拌或超聲波振蕩將無機(jī)摻雜劑粒子分散于聚合物基體中。例如，CN 1622385A公開了一種固體酸的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其中，該聚合物電解 質(zhì)由聚氧化乙烯、鋰鹽和固體酸組成，其配比為：聚氧化乙烯和鋰鹽的PEO/Li 摩爾比為8-24，固體酸占聚氧化乙烯的2-20重量％，聚氧化乙烯的分子量為 2×10⁵-1×10⁶，鋰鹽為LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆或LiCF₃SO₃，固體酸為SO₄^2--ZrO₂或SO₄^2--TiO₂。

然而，當(dāng)使用固體酸特別是納米級(jí)固體酸作為無機(jī)摻雜劑粒子時(shí)，由于 其表面具有較高的表面能，極易發(fā)生團(tuán)聚，對(duì)電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)具有很大的影 響，因此制備出的聚合物電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率較低，僅能達(dá)到2×10^-5西門子/ 厘米，而且鋰離子遷移數(shù)也較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率和 鋰離子遷移數(shù)較低的缺陷，提供了一種室溫電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)高的聚合 物電解質(zhì)及其制備方法和包括該聚合物電解質(zhì)的電池。

本發(fā)明提供了一種聚合物電解質(zhì)，該聚合物電解質(zhì)含有聚氧化乙烯、鋰 鹽和摻雜劑，其中，所述摻雜劑為非水溶性的金屬硫化物。

本發(fā)明還提供了一種聚合物電解質(zhì)的制備方法，其中，該方法包括在聚 氧化乙烯存在下將含有金屬離子的溶液與含有硫離子的溶液接觸，將接觸后 的產(chǎn)物與鋰鹽混合均勻，并將混合均勻后的產(chǎn)物進(jìn)行成膜，所述金屬離子為 非水溶性的金屬硫化物的金屬離子。

本發(fā)明還提供了一種聚合物電池，該聚合物電池包括正極、負(fù)極和聚合 物電解質(zhì)，所述聚合物電解質(zhì)位于正極和負(fù)極之間，其中，所述聚合物電解 質(zhì)為本發(fā)明提供的聚合物電解質(zhì)。

本發(fā)明提供的聚合物電解質(zhì)由于含有非水溶性的金屬硫化物作為摻雜 劑，從而顯著改善了聚氧化乙烯的結(jié)構(gòu)，增加了聚氧化乙烯的非結(jié)晶相，并 因此使聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)得到了顯著地提高，同時(shí) 也可以改善聚合物電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的聚合物電解質(zhì)通過使 銅化合物和硫化物在聚氧化乙烯存在下進(jìn)行接觸，從而在聚氧化乙烯上原位 生成粒徑為100納米以下的非水溶性的金屬硫化物顆粒，并有效防止了非水 溶性的金屬硫化物的團(tuán)聚，從而均勻分散于聚氧化乙烯中。

通過對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例中制備的聚合物電解質(zhì)的性能進(jìn)行檢測得出，本 發(fā)明提供的聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率高達(dá)2.3×10^-4西門子/厘米，鋰離子遷 移數(shù)高達(dá)0.45；而現(xiàn)有技術(shù)的聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率僅為2×10^-5西門子 /厘米，鋰離子遷移數(shù)僅為0.20。