[發明專利]一種聚合物固體電解質的制造方法

有效

• 申請號: 201310418975.1
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103515654A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 宋大余;宋小春;杜生民;張亞麗
• 申請（專利權）人: 四川川為電子有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;C08J5/18
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及二次電池，尤其是高分子固體電解質薄膜制造領域。

背景技術

電池很早就被人們用作電筒和電話等電器的電源，隨著科技的進步和新材料的發現，人們開發出了鎳氫電池和鋰電池，隨著手機和筆記本電腦等便攜式電器的問世，對電池的高性能化和小型輕量化等的需求顯得越來越強烈，為滿足這種需求，鋰離子型電池以能量密度高，能夠迅速充電等特點逐步引起人們的高度關注，與鎳鎘電池等其他的電池相比，基于電池能量密度高且充電迅速這些特點，人們對高效高容量高充電次數受用壽命長的新型鋰電池聚合物固體電解質膜的期待日益增強。

在-次電池或二次電池和電容器等電化學元件中，可以使用液體電解質來作為制造新電池的導電原材料，但液體的電解質具有液漏的危險或者缺少長時間的穩定性的缺點。由于固體電解質克服了以液體電解質電池漏液和不穩定的缺點，同時將聚合物固體電解質應用于各種電化學元件，在實現元件制造的簡單化的同時，元件自身的小型化或輕量化成為現實，不僅沒有液漏的危險，而且還提供可靠性高的電池元件。為此，在鋰離子型電池等中，在固體電解質的研究開發過程中，質輕且柔軟、加工容易的聚合物固體電解質的研究開發正活躍地進行。

1973年Wright等人首次發現了聚氧化乙烯(PEO)與堿金屬鋰、鈉鹽絡合具有離子導電子的現象，從而使固體電解質的研究進入一個新的階段，但由于受材料和技術手段的限制，固體電解質的室溫電導率與實際應用需要相去甚遠。為了解決該問題，Feuillade等在1975年首先提出了采用一種彈性體與無機鋰電解質通過可以揮發的溶劑溶解形成一種混合物溶液，然后將含有無機鋰鹽的涂覆于一種固體的表面，形成一種含有無機鋰鹽的凝膠電解質膜，雖然后來由Abraham等作了深入研究。聚合物凝膠通常被定義為一個被溶劑溶脹的聚合物網絡體系，其獨特的網絡結構使凝膠同時具有固體的粘聚性和液體的分散傳導性。1995年美國Bellcore公司公開了一種新型凝膠聚合物電解質用于研發聚合物鋰離子固態電解質電池的技術。從那以后，對聚合物鋰離子電池用固體電解質的研究就更加。聚合物鋰離子電池是在液態鋰離子電池的基礎上開發出的最新一代鋰離子電池，其構成是采用具有離子導電性并兼具隔膜作用的聚合物-電解質代替液態鋰離子電池中的電解液，凝膠電解質是由聚合物、增塑劑和鋰鹽通過一定的方法形成的具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，利用固定在微結構中的液態電解質分子實現離子傳導，它的室溫電導率一般在10^-3S/cm數量級。

高分子電解質是由高分子基質與摻雜鹽形成的絡合物.要使鹽溶于高分子并形成均勻溶液,高分子鏈與鹽之間必須存在相互作用.如果高分子鏈含有電子給予原子如氧原子、硫原子或氮原子,它能同鹽中的陽離子通過L?ew?is酸堿反應進行絡合,那么它們的相互作用就很容易產生.當LiClO₄溶于PPG會引起體積收縮,鹽加入PPG配成10.41%(w?t)溶液所引起的體積收縮相當于25℃時給高分子溶劑施加1.90x10⁷Pa.這表明在Li⁺與PPG醚氧原子之間存在強烈相互作用.他們還發現鹽的加入會使PPG玻璃化轉變溫度顯著提高,LiClO4含量達25%時,PPG(MW2000)的Tg由-70℃升高至40℃.他們認為,Li⁺不能被大的ClO₄^-離子很好屏蔽,因而很容易沿著高分子骨架與極性醚氧原子發生相互作用,這將有利于鹽的解離.這種作用亦使得鏈間相互作用得以發生,從而導致高分子鏈的物理交聯.