[發明專利]聚丙烯腈凝膠薄膜及制備方法、相應電解質及制備方法與鋰離子電池

無效

• 申請號: 201310012227.3
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103923333A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 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: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C09D133/20;C08J9/00;C08L33/20;C08K5/3415;C08K5/20;C08K5/315;H01M10/0565
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及新型化學材料領域，尤其涉及聚丙烯腈凝膠薄膜及制備方法、相應電解質及制備方法與鋰離子電池。

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。

鋰離子電池電解質分為有機液體電解質和聚合物固體電解質。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，甚至起火爆炸，因而存在嚴重的安全隱患。使用聚合物固體電解質的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們所重視。由于聚合物固體電解質室溫下電導率較低(10^-5~10^-4s/cm)、與電極的接觸情況較差，且機械強度差、斷裂韌性低。

發明內容

鑒于此，本發明提供了聚丙烯腈凝膠薄膜及其制備方法。本發明還提供了聚丙烯腈凝膠電解質，通過引入聚烯烴隔膜，該聚丙烯腈凝膠電解質具有良好的機械性能和導電性，用于制備鋰離子電池時，使電池有較高的放電比容量和充放電效率。本發明還提供了該凝膠電解質的制備方法，操作簡便、可行。以及，本發明提供了一種超級電容器。

第一方面，本發明提供了聚丙烯腈凝膠薄膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照質量比為1:5~20的比例分別將聚丙烯腈和增塑劑加入燒瓶中，并在惰性氣體的保護下攪拌1~10h至混合均勻，得到均勻透明的粘稠液體；

（2）將所述粘稠液體均勻地涂在聚烯烴隔膜上，并在60~100°C下真空干燥24~48h，得到聚丙烯腈凝膠薄膜。

聚丙烯腈（PAN）是一種耐熱性能和阻燃性能良好的聚合物，具有較好的電化學穩定性。

優選地，增塑劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈。

PAN和增塑劑相互作用，可以形成具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，該網絡可使聚丙烯腈凝膠同時具有固體的粘性和液體的分散傳導性，為離子提供導電通道。

優選地，所述惰性氣體為氬氣。

優選地，聚烯烴隔膜為聚丙烯（PP）單層隔膜、聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）復合隔膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）隔膜。

聚烯烴隔膜可以起力學支撐的作用，通過聚烯烴隔膜增強的聚丙烯腈凝膠的力學性能得到很好的改善，機械強度得到很大的提高。

優選地，真空干燥的真空度為0.01MPa。

第二方面，本發明提供了聚丙烯腈凝膠薄膜，所述凝膠薄膜按照本發明第一方面所述的制備方法制得。

本發明提供的聚丙烯腈凝膠薄膜的制備方法操作簡便、可行，制得的聚丙烯腈凝膠薄膜為以聚丙烯腈為基體的微孔型聚合物電解質膜，具有良好的機械性能。

第三方面，本發明提供了聚丙烯腈凝膠電解質的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照質量比為1:5~20的比例分別將聚丙烯腈和增塑劑加入燒瓶中，并在惰性氣體的保護下攪拌1~10h至混合均勻，得到均勻透明的粘稠液體；

（2）將所述粘稠液體均勻地涂在聚烯烴隔膜上，并在60~100°C下真空干燥24~48h，得到聚丙烯腈凝膠薄膜；

（3）將所述聚丙烯腈凝膠薄膜轉移至充滿氬氣的手套箱中，隨后將所述聚丙烯腈凝膠薄膜浸入鋰離子電解液中浸泡10~60min，得到聚丙烯腈凝膠電解質。

聚丙烯腈（PAN）是一種耐熱性能和阻燃性能良好的聚合物，具有較好的電化學穩定性。

優選地，增塑劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈。

PAN和增塑劑相互作用，可以形成具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，該網絡可使聚丙烯腈凝膠同時具有固體的粘性和液體的分散傳導性，為離子提供導電通道。

優選地，所述惰性氣體為氬氣。

優選地，聚烯烴隔膜為聚丙烯單層隔膜、聚丙烯/聚乙烯復合隔膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔膜。

聚烯烴隔膜可以起力學支撐的作用，通過聚烯烴隔膜增強的聚丙烯腈凝膠的力學性能得到很好的改善，機械強度得到很大的提高。

優選地，真空干燥的真空度為0.01MPa。

優選地，鋰離子電解液由鋰鹽和有機溶劑組成，鋰鹽為四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲磺酸鋰和雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鋰；有機溶劑為體積比為1:1~3:2~5的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶劑。