[發(fā)明專利]基于固態(tài)聚合物電解質(zhì)的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310025675.7
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103199301A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱玉松;吳宇平;鄭健
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江地坤鍵新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務(wù)所(普通合伙) 33221
• 代理人: 張蜜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。?

背景技術(shù)

鋰二次電池尤其是其中的鋰離子電池作為一種新型化學(xué)電源，具有能量密度高、環(huán)境友好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，自其商品化以來已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等各種便攜式電子設(shè)備中，同時其也是混合動力電動汽車（HEV）、插電式混合動力電動汽車（PHEV）、純電動汽車（EV）及小型智能電網(wǎng)的理想儲能設(shè)備之一。然而，由于LiPF₆系有機(jī)電解液（對水份敏感，易燃，易引起爆炸）的廣泛應(yīng)用使得大容量鋰離子電池的安全性和可靠性受到質(zhì)疑。為了解決常規(guī)鋰離子電池安全性問題，聚合物鋰離子電池（Polymer?lithium?ion?batteries）逐漸成為了研究熱點(diǎn)。該類電池的正、負(fù)極材料與常規(guī)鋰離子電池相同，只是采用了固體聚合物來代替有機(jī)電解質(zhì)和隔膜。研究最多的聚合物主要有以下幾類：聚醚類(主要是PEO)、聚丙烯腈(PAN)類、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)類及聚偏氟乙烯(PVDF)類等。聚合物鋰離子電池解決了傳統(tǒng)鋰離子電池易發(fā)生漏液和漏電電流大的問題，安全性顯著提高；另外，聚合物材料可塑性強(qiáng)，故該類電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，從而可以明顯提高電池的比容量。用于電解質(zhì)的聚合物可以是純固態(tài)（固體聚合物電解質(zhì)，solid?polymer?electrolytes,?SPEs），也可以是加入增塑劑的凝膠體（凝膠聚合物電解質(zhì),gel?polymer?electrolytes,?GPEs）。但固體聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率偏低（<?10^-4?S?cm^-1），遠(yuǎn)未達(dá)到實際應(yīng)用的水平；凝膠聚合物電解質(zhì)具有固體和液體電解質(zhì)的雙重性質(zhì)，電導(dǎo)率與有機(jī)液體電解質(zhì)相當(dāng)，并且電化學(xué)窗口較寬，熱穩(wěn)定性好，受到廣泛關(guān)注。但是，凝膠聚合電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度差，生產(chǎn)成本高，大大限制了其在大容量高功率鋰離子電池中的應(yīng)用；同時一般的凝膠聚合物電解質(zhì)中陰離子的遷移系數(shù)高、極化大，限制了鋰離子電池的功率密度或者大電流充放電能力。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有凝膠聚合物電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度差、生產(chǎn)成本高、陰離子的遷移系數(shù)高、極化大，極難在大容量、高功率、高能量密度鋰離子電池中得到廣泛應(yīng)用的缺點(diǎn)，提供一類高電導(dǎo)率、高離子遷移數(shù)、機(jī)械性能好、安全性能高、化學(xué)性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低，與常見電極材料匹配性好的基于固態(tài)聚合物電解質(zhì)的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)。?

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法。?

本發(fā)明的還一目的在于提供一種上述復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用，即用于鋰二次電池中。?

本發(fā)明提供的一類復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)，所述的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)由復(fù)合電解質(zhì)膜和液體電解質(zhì)組成，其中復(fù)合電解質(zhì)膜由兩層或多層組成，其中至少有一層為固態(tài)聚合物電解質(zhì)，至少有一層為與該固態(tài)聚合物電解質(zhì)不同的高分子材料。?

上述固態(tài)聚合物電解質(zhì)為能夠傳遞鋰離子的聚合物，上述的該固態(tài)聚合物電解質(zhì)以外的高分子材料不僅包括與該固態(tài)聚合物電解質(zhì)不同的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，還包括聚烯烴、聚酰胺、聚酰亞胺、聚芳綸、聚芳醚、聚酯，同時也包括它們的共聚物、共混物，同時在這些聚合物中也可以添加合適的無機(jī)填料。?

上述的聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚（偏氟乙烯－六氟丙烯），上述聚酯包括聚（乙二醇－對苯二甲酸酯），上述的無機(jī)填料包括氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、aLi₂O-bAl₂O₃-cTiO₂-dP₂O_5?(a、b、c、d位于１-100之間)組成的化合物、蒙脫土、分子篩或者它們兩者或多種化合物的混合物。?

????上述的液體電解質(zhì)包括有機(jī)化合物或者離子液體與鋰鹽的溶液。?

????本發(fā)明提供復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其具體步驟為：?

????（1）首先采用溶液法或者加熱混合法制備固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜；

????（2）然后采用溶液法、加熱混合法、浸泡法、澆鑄法或電紡法，將與上述固態(tài)聚合物電解質(zhì)以外的高分子材料與上述固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜復(fù)合，形成兩層或者多層的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)；

????（3）將上述復(fù)合膜置于真空干燥箱中，加熱真空干燥，去除可能的痕量溶劑；

????（4）在無水無氧環(huán)境中將上述干燥后的復(fù)合膜浸泡在電解液中1分鐘至４８小時，得到復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)。