[發明專利]一種復合凝膠聚合物電解質及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201310025712.4
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103268955A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 朱玉松;吳宇平;鄭健
• 申請（專利權）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;H01M10/058;H01M2/16
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙) 33221
• 代理人: 張蜜

技術領域

本發明屬于高分子材料和電池技術領域，具體涉及一類復合凝膠聚合物電解質，該類復合凝膠聚合物電解質具有電導率高，循環性能好，價格便宜，安全性能高等特點；本發明還涉及該復合凝膠聚合物電解質的制備方法以及該類復合凝膠聚合物電解質的應用，即用于高安全性能的鋰二次電池。

背景技術

在鋰二次電池中，目前性能比較理想的為鋰離子電池。鋰離子電池作為一種新型化學電源，具有能量密度高、環境友好、無記憶效應等優點，自其商品化以來已廣泛應用于筆記本電腦、數碼相機、手機等各種便攜式電子設備中，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)及小型智能電網的理想儲能設備之一。然而，由于LiPF₆系有機電解液(對水份敏感，易燃，易引起電池爆炸)的廣泛應用使得大容量鋰離子電池的安全性和可靠性受到質疑。為了解決常規鋰離子電池的安全性問題，聚合物鋰離子電池(Polymer?lithium?ion?batteries)逐漸成為了研究熱點。該類電池的正、負極材料與常規鋰離子電池相同，只是采用了固體聚合物來代替有機電解質和隔膜。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鋰離子電池易發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，故該類電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優點，從而可以明顯提高電池的比容量。用于電解質的聚合物可以是純固態(固體聚合物電解質，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，gel?polymer?electrolytes,?GPEs)。由于固體聚合物電解質的電導率偏低(<?10^-4?S?cm^-1)，遠未達到實際應用的水平；凝膠聚合物電解質具有固體和液體電解質的雙重性質，電導率與有機液體電解質相當，且電化學窗口較寬，熱穩定性好，受到廣泛關注。但是，凝膠聚合電解質機械強度差，生產成本高，大大限制了其在高安全性鋰離子電池中的應用。

玻璃纖維是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的無機非金屬材料，其單絲的直徑在幾十個納米到二十幾個微米之間，該材料具有原料廉價，絕緣性好，耐熱性強，抗腐蝕性好，機械強度高，阻燃性好的特點，廣泛用作復合材料中的增強材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料等。玻璃纖維經加工可制得玻璃纖維氈片(glass?fiber?mat,?GFM)和玻璃布。玻璃纖維氈片是由玻璃纖維原絲短切成的股紗，由造紙法隨機均勻分布成連續玻璃纖維紙片，用乳劑粘結而成的。該材料具有耐化學腐蝕、防火、阻燃、防水、耐老化、耐氣候性強、絕緣等特點。被廣泛用作玻璃鋼基布、防腐、保溫、防火阻燃、防水材料、環氧復銅板和電器絕緣制品等。玻璃纖維氈的孔徑大小在1?到100?μm?之間，均一性很差，而鋰離子電池隔膜要求孔徑大小在0.03-0.1μm之間，30-60%的孔隙率以及極高的孔隙均勻性。由此可見，盡管玻璃纖維價格便宜，具有很好的阻燃性和耐化學腐蝕性，其不能直接用作于鋰二次電池隔膜。

由于玻璃纖維氈具有很好的支撐作用，被廣泛用做鉛酸電池隔膜，但對其改性用作為鋰離子電池聚合物電解質的研究較少，未見相關報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有凝膠聚合物電解質熱穩定性差，機械強度低，生產成本高，極難在高安全性的大電池中得到廣泛應用的缺點，將玻璃纖維氈與其他高分子材料復合，提供一類高電導率，高離子遷移數，機械性能好，安全性能高，生產成本低，電化學性質穩定的復合凝膠聚合物電解質。

本發明的另一目的在于提供上述復合凝膠聚合物電解質的一種制備方法及其在鋰二次電池中的應用。

本發明提供了一種復合凝膠聚合物電解質。所述電解質由玻璃纖維氈與高分子材料復合后得到的復合物和液體電解質組成。

上述的玻璃纖維為主要成分為二氧化硅，還可包括其他氧化物如氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉中的一種或者幾種。

????上述的玻璃纖維氈為短切原絲氈、連續原絲氈、表面氈、針刺氈及縫合氈中的一種或幾種。

上述的高分子材料包括聚醚、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰胺、聚酰亞胺、聚芳綸、聚酯中的一種或者多種，也包括它們的均聚物、共聚物或共混物，同時也可以添加合適的無機填料。