[發明專利]凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池

無效

• 申請號: 201110361659.6
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN103107356A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 黃宏偉
• 申請（專利權）人: 上海位特電子電器有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M4/1391;H01M4/1393
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池，尤其涉及到具有高度離子傳導性的高分子凝膠電解質及其使用該凝膠為電解液的鋰離子二次電池。

背景技術

由于鋰離子電池具有重量輕，氧化還原電位低，質量能量密度大，因此成為最具有優勢的新型替代能源。在使用以有機溶劑電解液的鋰離子二次電池中，為防止電解液泄漏或短路事故，必須全封閉電解液，或設有可防止因沖擊引起事故的堅固外殼，基于這一原因，使得鋰離子電池難以輕量化。為改進其缺點，就需要將電解液固體化。而固體化的方法之一，就是采用凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池。但是，現有技術的物理凝膠由于其高分子間彼此依靠物理性相互作用所形成的凝膠，在高溫時會液化，耐熱性非常差。

改善此耐熱性的方法，可有效利用具有因共有鍵形成三次元構造的交聯高分子。但是，這種凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池在離子傳導性和安全性方面仍然不足。具有復數乙烯基的高分子或低分子，經加熱以自由基聚合成為交聯高分子的凝膠化方法，因使用過氧化物化合物或偶氮化合物為觸媒，在生成的凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池中不免殘存有未反應觸媒或觸媒分解生成物。這些殘存物在凝膠中變化，成為凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池的離子傳導性降低的原因之一。

使用偶氮化合物還會因分解時發生氮氣，所以凝膠中就產生了難以去除的氣泡，以致離子傳導性降低。另外，離子流動會偏移，而有過熱的可能性。使用過氧化物化合物時，由于使凝膠化，在自由基聚合之時，如有沖擊或摩擦就可能引起爆炸，處理時必須小心注意。過氧化物化合物若未反應即原般殘留凝膠中，在產品使用上也有安全性的問題。

在同樣利用自由基聚合形成交聯高分子的凝膠化方法中，使用芐基二甲基縮醛等光引發劑，利用光照射成為安聯高分子時，不會因分解而產生氣體或爆炸的危險，因此無前述問題。可是，利用光照射成為交聯高分子的凝膠化方法適用于鋰離子二次電池時，由于下述制造步驟的限制，產生不利的影響。

例如，利用加熱成為交聯高分子的凝膠化方法，可先在組合的電池注入凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池的母質溶液，然后凝膠化。以此方法凝膠化時，凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池與電極接觸良好，界面電阻也受到抑制。但是，利用光照射的凝膠化方法，光無法照射到電池內，注入后無法凝膠化。必須把預先制成的凝膠與電極貼合，結果，凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池和電極間的界面電阻加入，致使離子傳導性下降。

另外，上述凝膠化方法造成離子傳導性降低，在0℃以下低溫時更為明顯，用于此等方法的鋰離子二次電池，在寒冷地區則使用困難。

如上所述，利用加熱進行自由基聚合的凝膠化方法，來自凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池中殘留解媒的雜質，對離子傳導性或安全性有不良影響。而利用光照射的自由基聚合的凝膠化方法，基于光照射的限制，在電池的界面電阻會加大，以致離子傳導性降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種離子傳導性能較現有技術的凝膠更為優異的凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池，以及該凝膠的制造方法。本發明所要進一步解決的技術問題是：提供一種使用該凝膠為電解液的鋰離子二次電池的制備工藝。

本發明解決其技術問題所采用的凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池的技術方案是：所述凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池是由一分子中具有二個以上的含環氧基高分子，以支持電解質為觸媒進行環氧環的開環交聯反應所得交聯高分子，以及前述支持電解質和有機溶劑組成的凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池，上述占凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池的2％-20％重量。上述含環氧基高分子，是一分子中含有乙烯基和環氧基的單體為必要成份聚合所得，且不含有鋰以外的金屬離子。上述凝膠聚合物電解質及其高容量鋰離子動力電池內，其電解質溶膠內含有四氟硼酸鋰或者六氟磷酸鋰的離子性化合物。

本發明解決其技術問題所采用鋰離子二次電池的制備工藝是：

負極片的制備：將適量聚偏1，1-二氟乙烯溶解于N-甲替-2呲咯烷二酮，然后加入乙炔黑，最后加入石墨粉，經高速攪拌均勻，真空或靜置除氣后制成漿狀的負極漿料。將負極漿料涂布在14微米厚的鋰箔的兩個表面上。在120℃下干燥除去溶劑N-甲替-2呲咯烷二酮，電極帶的厚度控制在160±10微米。電極帶經輥壓后的厚度控制在90±5微米。