[發(fā)明專利]一種高安全性聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010167531.1
• 申請日: 2010-05-06
• 公開（公告）號: CN101851412A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鵬;支春義;吳宇平;板東義雄;清水真
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: C08L71/02
• 分類號: C08L71/02;C08L33/20;C08L33/12;C08L27/16;C08L27/20;C08K7/00;C08K3/36;C08J5/18;H01M10/0565
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高安全性聚合物電解質(zhì)以及制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種通過在聚合物膜中加入熱傳導(dǎo)性物質(zhì)來制備高安全性聚合物電解質(zhì)的方法。本發(fā)明還涉及可由上述方法得到的聚合物電解質(zhì)作為鋰離子電池的電解質(zhì)材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)、無污染等特點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和戰(zhàn)略意義，成為目前最受矚目的綠色化學(xué)電源。但由于使用有機(jī)液體電解液存在諸多由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起的安全問題。比如，液體電解液的主要成分為碳酸酯，閃點(diǎn)很低、沸點(diǎn)也較低，在一定條件下會燃燒甚至爆炸。處于充電態(tài)的電極材料很強(qiáng)的反應(yīng)活性，如電池出現(xiàn)過熱，會導(dǎo)致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，產(chǎn)生大量氣體和更多的熱，如氣體來不及釋放，電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。目前，解決的方法是采用聚合物電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)(參見：吳宇平，戴曉兵，馬軍旗，程預(yù)江.《鋰離子電池——應(yīng)用與實(shí)踐》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004年，pp.301)，通過降低電解質(zhì)與電極的反應(yīng)活性等提高鋰離子電池的安全性能。一些功能性復(fù)合聚合物材料，如三明治夾心結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合膜，由于聚甲基丙烯酸甲酯熔點(diǎn)較低，在電池過熱情況下先于聚偏氟乙烯熔化并阻塞其孔隙，從而阻斷鋰離子遷移通道使電極反應(yīng)中止不再產(chǎn)生額外的熱量達(dá)到提高安全性能的目的(參見：H.P.Zhang，P.Zhang，Z.H.Li，M.Sun，Y.P.Wu，H.Q.Wu.Anovel?sandwiched?membrane?as?polymer?electrolyte?for?lithium?ion?battery.Electrochemistry?Communications?9(2007)1700-1703)。但是，上述阻塞孔隙的不可逆反應(yīng)一旦發(fā)生，鋰離子電池便不能再被使用。如果提高聚合物電解質(zhì)的導(dǎo)熱性能，加速熱量在電池中的傳導(dǎo)，則可以實(shí)現(xiàn)在不破壞鋰離子電池使用性能的前提下實(shí)現(xiàn)提高其安全性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高安全性聚合物電解質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種由這種方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜以及該聚合物膜作為鋰離子電池電解質(zhì)材料的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的高熱傳導(dǎo)性的聚合物的制備方法，即通過將高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料(如BN納米線)分散到聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑，得到聚合物膜。該方法具體步驟如下：

將高熱傳導(dǎo)電絕緣性材料加入到一定濃度的聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑得到固態(tài)聚合物膜。

其中，所采用的聚合物溶液中的聚合物可以是作為聚合物電解質(zhì)中基體的聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，或者上述聚合物的共混或共聚體系；所用溶劑可以是1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或丙酮等。高熱傳導(dǎo)電絕緣性材料主要為BN，包括納米顆粒、納米線、納米管等。

所述的高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料質(zhì)量是聚合物質(zhì)量的1％-70％。

本發(fā)明另一方面提供一種由上述方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜。

本發(fā)明的還一方面是提供了由上述方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜的應(yīng)用，即作為一種高安全性聚合物電解質(zhì)，該聚合物電解質(zhì)中，由于加入了高熱傳導(dǎo)性物質(zhì)，為熱傳遞快速傳遞提供了通道，提高了鋰離子電池的安全性能，因此可應(yīng)用聚合物鋰離子二次電池中。

本發(fā)明在術(shù)語“高熱傳導(dǎo)電絕緣性”中所用的措辭“電絕緣性”是指在本發(fā)明方法中，所加入的高熱傳導(dǎo)性物質(zhì)必須是電子絕緣體，這是由于電子在電解質(zhì)中的傳遞將會導(dǎo)致鋰離子電池的短路，所以所添加的物質(zhì)必須在具備高熱傳導(dǎo)性的同時具備電絕緣性。

由本發(fā)明制備的具有高熱傳導(dǎo)性的聚合物膜，可以作為鋰離子二次電池的聚合物電解質(zhì)，提高了鋰離子電池的安全性能，并有很好的離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能。且本發(fā)明操作性強(qiáng)。

由本發(fā)明采用在聚合物電解質(zhì)中加入高導(dǎo)熱電絕緣性材料的方法來提高鋰離子電池的安全性能。這種方法簡便實(shí)用，重復(fù)性好，完全可以滿足應(yīng)用的需要。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例得到的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面將通過實(shí)施例和對比例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：