[發明專利]鋰離子電池凝膠電解質及含有該凝膠電解質的鋰離子電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210276094.6
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102903953A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 游從輝;江輝;俢倩;孫成棟;鄭義
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其是一種鋰離子電池凝膠電解質及含有該凝膠電解質的鋰離子電池的制備方法。

背景技術

1991年，日本索尼公司創造性的采用炭材料作為鋰離子電池陽極材料，為鋰離子電池領域帶來了革命性的變化；自此之后，鋰離子電池技術迅猛發展，在移動電話、攝像機、筆記本電腦以及其他便攜式電器上面大量運用。鋰離子電池具有諸多優點，例如電壓高、體積小、質量輕、比能力高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長等，是二十一世紀理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。然而，電動汽車（EV）和儲能電站（ES）使用的鋰電池，單電芯具有更高的容量和更大的體積尺寸，一旦發熱、著火燃燒會產生嚴重的后果，因而需要更好的安全性。目前，解決電芯安全性問題的主要途徑有：設計安全性能更可靠的電芯結構、在電極膜片或者隔離膜上涂覆陶瓷層以及使用聚合物電解質取代傳統的液態電解質等。

聚合物凝膠電解質是采用高分子量聚合物分散在碳酸酯溶劑中，通過高分子鏈段和碳酸酯溶劑之間的相互作用（范德華力、氫鍵等）來包覆和鎖定碳酸酯溶劑，形成一種高電導率的準固態電解質。由于碳酸酯分子被高分子鏈鎖定，聚合物凝膠電解質中不存在游離態的碳酸酯，因而不容易產生漏液和鼓脹現象，一般而言相對于液態電解質，聚合物凝膠電解質不易發熱和燃燒，具有更好的安全性。

目前已經產業化的聚合物凝膠電解質實現工藝方法有原位凝膠法和涂布熱壓法：前者主要是將聚合物單體摻于液態電解質中，通過灌注的方式添加于電芯中，然后在電芯內部聚合形成凝膠電解質，該方法制備的電芯往往具有較好的安全性和較差的電化學性能；后者主要是高分子聚合物分散于液態電解質中，通過涂覆的方式涂覆在電極膜片表面，然后卷繞、入袋（殼），最后通過高溫熱壓的方式使得聚合物電解質滲透進入極片微孔中，得到凝膠電解質電芯，該方法制備的電芯往往具有較好的電化學性能和較差的安全性能。

有鑒于此，確有必要從分子設計角度出發，開發一種兼具優良電化學性能及安全性能的鋰離子電池凝膠電解質。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種具有優良電化學性能及安全性能的鋰離子電池凝膠電解質，同時提供一種含有該凝膠電解質的鋰離子電池的制備方法。

為了實現上述目的，發明人經潛心研究，提供了一種鋰離子電池凝膠電解質，其包括液態電解質、聚合物組分和引發劑，所述聚合物組分同時含有A、B、C三類分子，其中A類分子為高液態電解質吸附能力聚合物，B類分子為不超過兩個反應活性官能團的聚合物單體，C類分子為三個及以上反應活性官能團的聚合物單體。

在上述凝膠電解質的聚合物組分中，A類分子具有較強的液態電解質吸附能力，容易形成富含液體電解質的凝膠電解質結構；B類分子反應活性官能團有限，聚合后能夠形成直鏈高分子結構；C類分子具有較多的反應活性官能團，可以以其為中心形成超枝化高分子結構。當以上三種高分子共同存在時，通過控制凝膠條件，便能形成以C類分子為中心、B類分子（或者聚合后）連接于其間的“豬籠”結構，該“豬籠”結構又能將A類分子吸附電解質后的富含液態電解質的凝膠電解質鎖定在其內部，從而形成具有高強度、高立體化的優良電化學性能以及安全性能的凝膠電解質。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解質的一種改進，所述聚合物組分占整個凝膠電解質的質量分數為0.2~30%。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解質的一種改進，所述A類分子的吸液體積為其本身體積的1.2-1000倍，優選為2-100倍。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解質的一種改進，所述A類分子包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡膠（SBR）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、聚丙烯晴（PAN）中的至少一種。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解質的一種改進，所述B類分子包括甲基丙烯酸甲酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰嗎啉、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、正丙烯酸己酯、2-丙烯酸環己酯、丙烯酸十二酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一種。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解質的一種改進，所述C類分子為含有三個、四個或五個反應活性官能團的聚合物單體。