[發明專利]聚合物電解質及其制備方法和包括該聚合物電解質的電池

有效

• 申請號: 201210373315.1
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103700797A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 劉榮華;單軍
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及一種聚合物電解質和該聚合物電解質的制備方法，以及包括該聚合物電解質的電池。

背景技術

鋰離子電池是目前廣泛使用的二次電池，其具有比能量高、工作電壓高、自放電率低、循環壽命長、無污染等優點。廣泛應用于電動工具、電動汽車等領域。現有大規模使用的鋰離子電池一般為液體鋰離子電池，即離子型導電物質一般為液態電解液，它在鋰電池的應用過程中，逐漸暴露出易生長枝晶、漏液、安全性差等問題。現有研究有聚合物電解質，相比于傳統的有機電解液，聚合物薄膜可塑性強，可制成大面積的超薄薄膜，避免泄露，并且可根據需要做成不同的幾何形狀。同時它又具有一些優異的性能如柔順性好，極大地改善了電極在充放電過程中對壓力的承受能力，降低了與電極反應的活性，避免了高溫熔融鹽電解質因高溫操作引起的腐蝕及熱能消耗，提高了安全性能，具有重要的應用價值。

目前研究的固態電解質一般包括聚合物基體及與聚合物基體絡合的鋰鹽，其中，聚合物基體為能絡合鋰鹽的聚合物，一般為具有柔性的高分子量的聚合物，例如聚氧化乙烯（PEO，T_g?=?﹣64℃）、聚氧化丙烯（PPO，T_g?=?﹣60℃）、聚二(甲氧基乙氧基乙氧基)膦嗪（PMEP，T_g?=?﹣83℃）、聚二甲基硅氧烷（PDMS，T_g?=?﹣127℃）等。其中，PEO主鏈上的氧化乙烯基團（–CH₂–CH₂–O–）賦予主鏈高度的柔性，醚氧基團（–O–）的給電子特性可使鋰鹽溶解，但PEO是一個半晶態的聚合物，其結晶度為70?~?85?%，熔點（T_m）為65?℃，結晶態的PEO不但阻礙了離子遷移，同時還減少了體系的彈性，使PEO-鋰鹽復合物的室溫電導率很低（<?10^-8?S/cm），單獨使用不能滿足SPEs性能的基本要求。PPO主鏈與PEO類似，但PPO的介電常數很低，其側基甲基增加了空間位阻，限制了部分鏈段的運動，抑制了醚氧與陽離子的絡合，PPO中鹽的溶解性遠低于PEO，離子電導率也很低。PMEP和PDMS高分子鏈具有高度的柔性，但其溶解鋰鹽的能力也較差，離子電導率也不理想。

現有研究有對聚合物基體進行接枝改性，來提高聚合物電解質的離子電導率，能夠達到?~?10^-4?S/cm，但卻降低了聚合物電解質的力學強度。

現有研究將嵌段共聚物引入SPEs（全固態聚合物電解質）中，它是先合成嵌段共聚物，再與鋰鹽混合后液澆注到聚四氟乙烯模具中，然后在30?-?100℃下干燥10?-?48小時后得聚合物電解質膜，此類嵌段共聚物的特點在于其主鏈上包含有化學組成、結構和性質不同的嵌段（如聚苯乙烯與聚氧化乙烯嵌段共聚物），這些不相容的嵌段之間的排斥會誘導內部發生相分離，即“微觀相分離”，隨著不同嵌段相對含量的變化，共聚物能夠通過自組裝形成一系列微觀有序的形態結構，如層狀相、回旋體、棒膠束的六邊形相、球膠束的立方體相等，能使聚合物電解質的電化學性能和力學強度均得到優化，但這種方法合成過程復雜，相分離結構表征周期長，而且電化學性能和力學性能并沒有達到理想要求。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中的聚合物電解質的力學強度低的缺陷，提供了一種力學強度高、離子電導率高、熱穩定性好、界面穩定性高及制備條件簡單、成本低，易于實現工業化的聚合物電解質及其制備方法和包括該聚合物電解質的電池。

本發明的第一個目的是提供一種聚合物電解質，該聚合物電解質含有支撐相及吸附在支撐相上的離子導電相，所述支撐相為靜電紡絲纖維薄膜，所述離子導電相包括能絡合鋰離子的聚合物和鋰鹽，所述能絡合鋰離子的聚合物含有醚氧官能團。

本發明的第二個目的是提供一種聚合物電解質的制備方法，其中，該方法包括：在靜電紡絲纖維薄膜上吸附含有能絡合鋰離子的聚合物和鋰鹽的溶液，后除去溶劑得吸附有離子導電相的支撐相。

本發明的第三個目的是提供一種聚合物電池，該聚合物電池包括正極、負極和聚合物電解質，所述聚合物電解質位于正極和負極之間，其中，所述聚合物電解質為本發明提供的聚合物電解質。