[發明專利]多孔自交聯型凝膠聚合物電解質及其在鋰離子電池中的應用

有效

• 申請號: 201310754049.1
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104752761A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 金麗娜;劉榮華;單軍
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及一種多孔自交聯型凝膠聚合物電解質，以及其在鋰離子電池中的應用，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

傳統鋰離子電池的能量密度低、電解液易于泄露，因此易引發安全問題。近年來興起的凝膠聚合物電解質，其離子傳遞速度快，并且其基體能夠吸附大量液體電解質、不易發生液體泄漏，因此正在逐漸替代電解液用于鋰離子電池中。

目前，鋰離子電池用的凝膠聚合物電解質主要有聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物，其機械性能好。但是，聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物與電解液的親和性差，吸附液體電解質的能力弱，容易造成電池液體泄漏，而且上述兩類凝膠聚合電解質與電極間的界面電阻大，無法與電極穩定相容。

為了克服聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物凝膠聚合物電解質的上述缺點，有采用聚甲基丙烯酸甲酯對上述兩類物質進行改性的。如中國專利文獻CN101062987A公開了一種多孔型凝膠聚合物電解質薄膜，其含有質量百分比為33-54%的聚偏氟乙烯、3-15%的丙烯腈-甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯共聚物、43-52%的1M六氟合磷酸鋰碳酸酯電解質。制備步驟為首先合成丙烯腈-甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯共聚物，然后將其與聚偏氟乙烯共混溶解于N，N-二甲基乙酰胺溶劑，通過浸沒沉淀法得到多孔薄膜，再吸附六氟合磷酸鋰碳酸酯電解質制得。該技術中的凝膠聚合物電解質離子傳導率高、機械性能好，吸納電解液的能力和與電極的相容能力相比單純的聚偏氟乙烯物質具有一定提高；但由于該凝膠聚合物電解質仍然是以聚偏氟乙烯為基體，其吸納電解液能力和與電極的相容性仍然不高，而且上述技術中的凝膠聚合物電解質在使用一段時間后會發生嚴重的相分離問題，導致電池的使用性能降低。

由于上述以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物為基體的凝膠聚合物電解質均存在吸納電解液能力低和與電極相容性差的缺點，因而有研究者考慮采用全新的物質體系作為鋰離子電池的電解質成分。由于聚丙烯酸酯類物質與鋰離子電池的常用電解液具有相似的官能團，其吸納電解液的能力強，而且聚丙烯酸酯類的官能團與電極組分親和性好，使得聚丙烯酸酯類與電極間界面阻抗低、相容性好，因而使得聚丙烯酸酯類聚合物作為鋰離子電池凝膠聚合物電解質基體的研究頗受關注。如中國專利文獻CN1317512A公開了一種凝膠態鋰離子聚合物電解質材料及電池的制備方法，以丙烯酸酯系列衍生物為單體，其和交聯劑在熱引發劑引發下通過熱化學交聯方法形成聚丙烯酸酯，聚丙烯酸酯進一步與電解液形成聚丙烯酸酯凝膠類凝膠聚合物電解質，可作為鋰離子電池的電解質使用。

上述技術成功地將聚丙烯酸酯類聚合物作為鋰離子電池凝膠聚合物電解質的基體使用，克服了本領域一直以來以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物為凝膠聚合物電解質基體時，所存在的吸納電解液能力低和與電極相容性差的缺點；但是由于上述技術中的聚丙烯酸酯類凝膠聚合物電解質本體阻抗偏高，離子電導率低，導致電池在高倍率充放電情況下的極化效應大，電池的使用性能低。

對于如何降低聚丙烯酸酯類凝膠聚合物電解質的本體阻抗，從而提高以聚丙烯酸酯類物質作為凝膠聚合物電解質基體的鋰離子電池的使用性能這一技術問題，本領域技術人員一直找不到適合的解決方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是聚丙烯酸酯類凝膠聚合物電解質本體阻抗偏高，導致電池的使用性能低，而且本領域技術人員一直無法找到適合的方法去降低聚丙烯酸酯類凝膠聚合物電解質的阻抗；而本發明提出一種阻抗低、離子電導率高的多孔自交聯型凝膠聚合物電解質。

在此基礎上，本發明還提出了使用多孔自交聯型凝膠聚合物電解質的高倍率性能好的鋰離子電池。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多孔自交聯型凝膠聚合物電解質，

由純丙乳液和聚乙二醇溶液混合、交聯并進行造孔得到。

所述造孔為將交聯得到的自交聯型聚合物膜與鋰離子電解液接觸。

所述電解液由鋰鹽和溶劑組成，所述鋰鹽的濃度為0.8～1.5mol/L。

所述多孔自交聯型凝膠聚合物電解質的電導率為7-9mS/cm。

所述純丙乳液的玻璃化溫度為-30-70℃。

所述純丙乳液的玻璃化溫度為-18-60℃。

所述聚乙二醇的重均分子量小于10萬g/mol。

所述聚乙二醇的重均分子量為100-5萬g/mol。

所述聚乙二醇的重均分子量為200-4000g/mol。