[發明專利]新型聚合物電解質和包含其的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201280031722.2
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN103636051A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 權要翰;張誠均;洪承泰;金帝映;吳丙薰
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;B32B27/08;H01M10/052;B60L11/18
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種新型聚合物電解質和包含其的鋰二次電池。更特別地，本發明涉及具有多層結構的聚合物電解質和包含其的鋰二次電池，所述多層結構包含用于提供抵抗外力的機械強度的第一聚合物層和用于確保鋰離子傳導路徑的第二聚合物層，其中所述第一聚合物層以基于所述第一聚合物層的聚合物基體的重量為0重量%～60重量%的量包含含離子鹽的有機電解質，且所述第二聚合物層以基于所述第二聚合物層的聚合物基體的重量為60重量%～400重量%的量包含含離子鹽的有機電解質。

背景技術

由于因化石燃料的耗盡而導致能源價格提高且對環境污染的關注日益增加，所以對環境友好的替代能源的需求必定在未來生活中發揮越來越重要的作用。由此，持續對各種發電技術如核能、太陽能、風能和潮汐能等進行研究，且用于更有效使用產生的能量的電力存儲裝置也引起了更多的關注。作為這些電力存儲裝置，主要使用二次電池。其中，特別地，鋰二次電池主要用于便攜式裝置中，由于質輕、高電壓且高容量而對其需求增加，且鋰二次電池的用途逐漸擴展至諸如電動車輛、混合電動車輛以及通過智能電網技術的輔助電源的應用。

然而，為了將鋰二次電池用作高容量電源，仍需要解決許多問題，且最主要的問題是提高能量密度和安全性。另外，由于大規模面積和制造時間縮短造成的潤濕均勻性問題也是要解決的最重要的問題之一。因此，許多研究人員集中對具有更高能量密度并在低成本下制造的材料進行了研究，并還對關于提高安全性的材料進行了許多研究。

作為提高能量密度的材料，已經對比常規使用的LiCoO₂具有更高容量的Ni基材料、Mn基材料等進行了研究，且正在對通過Li合金反應以代替使用Si、Sn等的常規嵌入反應且不使用現有石墨基材料來形成負極的材料進行研究。

為了提高安全性，正在對穩定的橄欖石類正極活性材料如LiFePO₄、負極活性材料如Li₄Ti₅O₁₂等進行研究。然而，用于提高安全性的這種材料從根本上具有低的能量密度，且不能從根本上解決由鋰二次電池的結構造成的安全性方面的問題。

二次電池的安全性大致可以分為內部安全性和外部安全性，并還分為電安全性、撞擊安全性、熱安全性等。在這些各種安全性問題方面，當發生問題時溫度升高，且在此情況中，通常使用的拉伸隔膜不可避免地發生收縮。

因此，許多研究人員提出了全固態型電池以解決安全性問題，但這種電池由于幾個問題而不能代替商購獲得的電池。

首先，目前使用的電極活性材料處于固體狀態，當使用固體電解質或聚合物電解質時，固體電解質或聚合物電解質與用于遷移鋰的電極活性材料之間的接觸表面非常小。結果，盡管固體電解質或聚合物電解質自身的電導率為10^-5S/cm，這與液體電解質的電導率相當，但其離子傳導率非常低。

第二，基于這種原因，固體之間的界面或固體與聚合物之間的界面處發生的離子傳導率不可避免地進一步下降。

第三，在制造電池中粘合強度是重要的，即使使用具有高傳導率的固體電解質，仍需要使用聚合物粘合劑，這造成離子傳導率進一步下降。

第四，為了制造電池，僅隔離層不要求離子傳導率。為了提高電極的離子傳導率，正極和負極活性材料也要求用于提高離子傳導率的材料，且當將固體電解質或聚合物電解質用作電極組分時，容量下降。

第五，當使用包含有機電解質的聚合物電解質時，機械/物理性質與離子傳導率具有折衷關系，由此當提高有機電解質的量以提高離子傳導率時，聚合物電解質層的機械/物理性質明顯劣化。

因此，迫切需要開發一種防止由于隔膜收縮而造成短路并具有優異電性能的電池。

發明內容

技術問題

本發明的目的是解決相關技術的上述問題，并實現長期追求的技術目標。

由此，本申請的發明人進行了細致的研究并進行了各種實驗，因此發現，通過基于聚合物層的聚合物基體的重量改變含離子鹽的有機電解質的重量，可以適當調節具有折衷關系的聚合物層的機械/物理性質和離子傳導率，由此完成了本發明。

由此，本發明的目的是提供一種具有柔性和機械強度并具有高離子傳導率和多層結構的聚合物電解質以及包含所述聚合物電解質的鋰二次電池。

技術方案