[發明專利]一種具有自交聯特性的鋰離子電池用凝膠聚合物電解質

有效

• 申請號: 201610055337.1
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105680093B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 崔光磊;王慶富;張寧;徐紅霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種新型鋰離子電池用聚合物電解質及其制備方法。本發明將硅甲氧基封端聚醚低聚物作為基體聚合物，硼酸類鋰鹽除了作為鋰源還可催化基體聚合物原位交聯，從而制備端基交聯的聚合物電解質。該聚合物電解質具有良好的強度和自支撐性，并具有良好柔性和較寬的電化學穩定窗口（4.7 V），配合一定量的溶劑可以達到較為理想的離子電導率（可達10^?3 S cm^?1），適用于動力鋰電池和可穿戴設備的柔性鋰電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池聚合物電解質領域，涉及一種具有自交聯特性的聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

聚合物電解質替代傳統的液態電解液，對于鋰二次電池發展具有變革性的意義，因為其安全性高，外形可塑，是可穿戴電子設備用柔性電池的理想電解質之一。

聚合物電解質包括全固態聚合物電解質和凝膠聚合物電解質。但是以聚氧化乙烯聚合物電解質為代表的全固態電解質因為常溫過低的離子電導率和較窄的電化學穩定窗口，至今無法廣泛應用。傳統物理交聯型凝膠聚合物電解質一般是由線性聚合物吸收電解液后形成，雖然具有較高的離子電導率但力學強度和尺寸穩定性（尤其是高溫尺寸穩定性）太差，仍然無法滿足柔性電池的需要。適度的化學交聯是解決傳統凝膠聚合物電解質力學強度和離子導電率矛盾的最佳方法之一。化學交聯一般是在原料和電解液中加入引發劑或交聯劑通過加熱或光輻照的作用現場聚合，來制備具有化學交聯結構聚合物凝膠電解質，從而提高了力學強度和熱機械穩定性。

專利CN102064342A提供了聚氨酯丙烯酸酯體系單體在通過光引發劑在紫外光的作用下，形成聚合物凝膠電解質膜，并得到了良好的電化學性能。專利CN103772607A 提供了公開了一種含磷交聯凝膠聚合物電解質及其現場熱聚合制備方法、應用，通過交聯劑和引發劑在加熱的情況下將含有雙鍵的磷酸酯單體和電解液進行固化，形成凝膠電解質。這兩種典型的化學交聯方式的共同點是在現場聚合中加入交聯劑或引發劑等添加劑，這就導致凝膠電解質中不可避免的引入雜質，對凝膠電解質的穩定性造成不利影響。雖然也有報道利用γ射線直接輻照聚合物單體聚合，不添加任何引發劑，但γ射線的高輻射性對人體會造成傷害，并且對設備的要求非常高，真正實施起來非常困難。

基于以上的技術背景，本發明從聚合物分子結構出發，選用硅甲氧基封端的聚醚低聚物作為基體聚合物，硅甲氧基將賦予該低聚物反應活性，聚醚主鏈是公認的鋰離子配體。通過加入硼酸鋰鹽電解液使之固化交聯。可以看出，該體系中僅包括聚合物基體和鋰鹽，不含任何引發劑或交聯劑，體系的交聯反應完全自行發生，這樣就徹底避免了引發劑或交聯劑等添加劑的可能殘留或導致的其他副反應。

本發明的創新性和實用性在于：

1、選擇硅甲氧基聚醚低聚物，合理設計，利用體系中硼酸鋰鹽本身的催化作用，原位自交聯制備凝膠聚合物電解質，該電解質在保持了優異電化學性能的同時，從根本上避免了雜質存在的可能性，使凝膠電解質更加穩定。

2、本發明涉及方法均在常壓非高溫下進行，步驟簡單，便于宏量制備。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有自交聯特性的凝膠聚合物電解質，該電解質具有強度好、電導率高的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種具有自交聯特性的鋰離子電池用凝膠聚合物電解質，起始原料為粘流態的硅甲氧基封端的低聚醚和硼酸鋰鹽電解液的混合物，其中所述的粘流態的硅甲氧基封端的低聚醚占混合物的質量分數為21-32.4%，硼酸鋰鹽電解液占混合物的質量分數為67.6-79%；其特征還在于：硅甲氧基封端的低聚醚占固化交聯的凝膠聚合物電解質的質量分數為25-42.6%，硼酸鋰鹽電解液占固化交聯的凝膠聚合物電解質的質量分數為58.4%-75%。

所述的硅甲氧基封端的低聚醚粘度在5000-8000厘泊，結構如下：