[發明專利]P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜及其制備方法與鋰離子電池

無效

• 申請號: 201210486151.3
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103840201A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 周明杰;劉大喜;王要兵;鐘輝
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及P(VDF-HFP)?（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）基凝膠聚合物電解質膜及其制備方法。本發明還涉及采用該P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜所制備的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有體積小、重量輕、高容量、無記憶效應等優點，因而被廣泛應用于手機、移動電話、軍事以及電動汽車等領域。

鋰離子電池電解液分為有機液體電解液和聚合物電解質。目前廣泛使用的液體電解質的優點是電導率高，但是由于含有易燃、易揮發的有機溶劑，其在充放電過程中釋放出可燃氣體，特別是在某些非常規工作條件下（如大功率充放電、過充過放等）產生大量熱會加速氣體的產生，導致電池內壓增高，氣體泄漏，甚至至起火爆炸，因而存在嚴重的安全隱患。聚合物電解質鋰離子電池因具有安全、無泄漏、漏電流小、可任意形狀化等優點而被研究者所重視。固態聚合物電解質室溫下電導率較低（10^-5～10^-4s/cm），使用應用受到限制，因而凝膠聚合物電解質（也稱凝膠聚合物電解質膜）成為研究重點。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的問題和不足，提供一種P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜及其制備方法與采用該P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜組裝而成的鋰離子電池。

本發明針對上述技術問題而提出的技術方案為：一種P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜的制備方法，包括如下步驟。（a）制備P(VDF-HFP)基凝膠聚合物薄膜：在惰性氣體保護下，將P(VDF-HFP)、有機溶劑和造孔劑按質量比10：30~50：1~2攪拌，混合均勻得粘液，澆注于隔膜上流延成膜，真空干燥后得所述P(VDF-HFP)基凝膠聚合物薄膜。（b）制備P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜：將干燥好的所述P(VDF-HFP)基凝膠聚合物薄膜在惰性氣體保護下浸入到鋰鹽電解液中10～60min，然后取出得到P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜。

在所述步驟（a）中，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈或乙醇；所述造孔劑為碳酸銨、碳酸氫銨或尿素；所述攪拌時間為3～8小時；所述隔膜是聚丙烯無紡布隔膜；所述真空干燥溫度為90～120℃、時間為24～48h。

在所述步驟（b）中，所述的鋰鹽電解液的濃度為0.5～1.5mol/l，所述鋰鹽電解液的溶質為雙（氟磺酰）亞胺鋰、溶劑為碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯，其中，碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的體積比為2:5。

本發明還包括利用上述制備方法制得的P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜。

上述P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜可組裝成鋰離子電池，該鋰離子電池包括正電極、負電極、以及所述正負電極之間的電解質膜，所述正電極包括集流體以及涂敷在該集流體上漿料，所述的電解質膜為上述的P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜，所述漿料由氧化鎳鈷鋰、乙炔黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按質量比9：0.4：0.6：20攪拌混合而成。

本發明通過造孔劑碳酸銨、碳酸氫銨或尿素在90～120℃的干燥過程中分解產生二氧化碳、氨氣等氣體，這些氣體在P(VDF-HFP)中起到造孔的作用而形成多孔結構的凝膠型聚合物電解質膜，這種多孔結構的凝膠型聚合物電解質膜更有利于吸附電解液，從而提高電導率。

凝膠型聚合物電解質膜的導電機理既有聚合物鏈段運動對鋰離子的傳遞作用，又有鋰離子在增塑劑提供的液態微相中的遷移。

本發明所制備的P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜的優點在于：1、本發明通過造孔劑在P(VDF-HFP)上造孔，能有效地提高凝膠聚合物電解質膜的電導率，將該凝膠聚合物電解質膜組裝成鋰離子電池后，鋰離子電池的比容量也得以提高。2、本發明制備的P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質膜和目前商品化的有機液體電解質（易燃、易揮發、熱穩定性不好等）相比具有較好的穩定性和安全性。

具體實施方式

以下結合實施例，對本發明予以進一步地詳盡闡述。以下實施例是用于說明本發明，以指導本領域技術人員實現本發明，本實施例不以任何方式限制本發明。