[發明專利]一種改性聚合物電解質、其制備方法及其在鋰電池中的應用

在審

• 申請號: 201410171454.5
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103985900A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 阮文紅;侯高明;章明秋;容敏智
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及超支化納米粒子改性聚合物電解質、其制備方法及其在聚合物鋰離子電池中的應用。

背景技術

隨著世界經濟的發展，人們對能源的需求越來越大，要求也越來越高，同時在全球氣候變化深刻影響著人類生存和發展的背景下，以低能耗、低排放、低污染為基礎的低碳發展，日益成為全球的追蹤熱點和世界潮流。鋰離子電池是新能源發展的一個主要方向，鋰離子電池不僅廣泛應用于日常生活電器中例如手機、筆記本、平板電腦等，還在電動汽車、混合動力汽車中初露端倪。

1985年，人們采用多孔的碳材料取代金屬鋰作為鋰充電電池的負極材料，初步提出了具備真正使用價值的鋰離子電池（LIB）。此時的鋰離子電池采用的是液態的電解液，它包括鋰鹽和溶劑，在使用過程中還是存在鋰離子會在負極沉積形成樹狀晶的可能，其可能刺破隔膜，造成電池內部短路，以及電解液泄露的危險，存在潛在的安全隱患。后來Armand采用純固態電解質代替液態的電解液，制備出了鋰聚合物電解質電池（Li-SPE?battery），由于這種電池在80℃才有較高的電導率，因此它僅限用于備用電源和動力電池的研究。1993年美國Bellcore?研究工作者采用先進的加工技術成功將聚合物電解質引入到液態鋰離子電池體系中，制備出性能穩定的鋰離子聚合物電池（LIPB）。鋰離子聚合物電池具有比能量高，可以加工成任意形狀等優點，滿足目前小型電器越來越微型化的需要。

無機納米粒子是指直徑1～100nm之間無機粒子（如納米二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鎂、氧化鐵等），納米粒子具有一些新異的物理化學特性，它表面積占很大比重，而表面原子既無長程序又無短程序的非晶層。可以認為納米粒子表面原子的狀態更接近氣態，而粒子內部的原子可能呈有序的排列。納米粒子具有體積效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應。超支化聚合物具有低粘度，鏈本身無纏繞；結晶性能差；有數量眾多的反應性官能團和分子內存在空腔等結構特點。同時由于高度支化的拓撲結構，使得超支化分子在三維空間中具有近似球形結構，其尺寸一般在幾納米至幾十納米之間，也是典型的納米材料。

超支化聚合物呈三維立體的高度支化的分子結構，具有較低的熔融粘度和較低的分子間交聯，且其支狀末端連有大量活性官能團，有助于進一步參加化學反應。將超支化聚合物接枝到無機納米粒子上可以極大地減弱納米粒子間的團聚，增加納米粒子的溶解性并且降低粘度，可制備出兼具納米粒子與超支化聚合物優點的化合物，滿足工業日益發展的需要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種改性聚合物電解質。?

本發明的另一個目的是提供上述改性聚合物電解質的制備方法。

本發明的另一個目的是提供上述改性聚合物電解質在聚合物鋰離子電池中的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種改性聚合物電解質，所述改性聚合物電解質包括全固態聚合物電解質或凝膠態聚合物電解質；

其中，所述全固態聚合物電解質的制備方法為將超支化單體、無機納米粒子、聚合物基體和鋰鹽一起反應；

所述凝膠態聚合物電解質的制備方法為將超支化單體、無機納米粒子與聚合物基體一起反應，經模具成膜、真空干燥后浸漬電解液/離子液體和鋰鹽制備所得。

優選地，所述超支化單體、無機納米粒子、聚合物基體和鋰鹽一起反應的具體步驟為：先將無機納米粒子和超支化單體生成超支化改性無機納米粒子。

優選地，所述無機納米粒子還包括前處理步驟，所述的前處理步驟為將無機納米粒子用偶聯劑進行處理。

優選地，所述無機納米粒子的直徑為50～200nm。

優選地，所述無機納米粒子為納米二氧化硅，二氧化鈦，氧化鋁，氧化鐵，氧化鎂，偏鋁酸鋰，層狀雙氫氧化物中的一種或幾種。

優選地，所述偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-異氰酸酯基亞甲基-3，5，5-三甲基環己基異氰酸酯中的一種或幾種。