[發明專利]一種原位制備柔性鋰離子電池聚合物電解質的方法及應用

在審

• 申請號: 201710664221.2
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107658500A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 陳義旺;袁凱;談利承;闕明明
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0566;H01M10/0525;H01M8/1016;H01M8/1018
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，涉及鋰離子電池電解質材料以及使用該電解質的電池。

背景技術

聚合物鋰二次電池具有比能量高，安全性能好以及加工性能優異等優點受到人們的廣泛關注。與傳統的液態鋰離子電池相比，聚合物鋰二次電池除保持了高電壓、高比能量、循環壽命長、綠色環保以及無記憶效應等優點外，同時克服了液體鋰離子電池存在的漏液、起火甚至爆炸等安全性問題。聚合物鋰二次電池外殼還可以采用鋁塑復合膜作為包裝，在設計上更加靈活。由于鋁塑復合膜的重量輕，聚合物鋰二次電池在重量比能量上顯著超過了液體鋰離子電池。由于具有上述顯著的優點，聚合物鋰二次電池在未來電子消費領域將逐步取代液體鋰離子電池。

聚合物電解質膜不僅是聚合物鋰二次電池的重要組成部分，也是決定電池性能的重要因素之一。在聚合物鋰二次電池中，聚合物電解質膜要求具有均勻的微孔結構、高的孔隙率、良好的離子導電性和優異的機械強度以及穩定的電極/電解質膜界面性質。

目前，微孔型電解質的制備大都是先生產出聚合物膜，然后將微孔膜吸收電解液活化，其具體制膜方法有：自然流延法：即將聚合物與鏗鹽等配成的漿料以一定速度從一狹縫流出，控制壓力和狹縫的高度，形成厚度、寬度一定的薄膜，烘干后成卷；澆注法：取平整玻璃板為載體，在其中設置面積、厚度不等的淺槽。注入漿液任其流動，然后水平地烘干。除此之外還有輥式涂布法和狹縫擠壓涂布法，其中輥式涂布法是用刮刀來控制精度；而狹縫擠壓涂布法則是使用帶有狹縫且腔內有特殊流線的模具，漿料通過涂布厚度傳感器等來控制流量。然而這種制造多孔膜的方法具有生產工藝復雜、操作周期長、對設備和環境要求高以及造孔過程中需要大量的萃取劑等缺點。因此，開發性能優異、制備工藝簡單、可操作性強并且綠色環保的聚合物電解質膜已經成為科學研究和技術開發的熱點之一。

目前鋰離子電池聚合物電解質主要將液態電解質填充在聚合物基底里，這樣制備的凝膠型電解質力學耐受性不佳，同時采用直接復合的方法制備的電解質含液量少，液體容易泄露，從電解質的制備到電池的組裝工序繁瑣復雜。

發明內容

本發明的目的在于提出一種原位制備電紡絲膜支撐柔性鋰離子電池聚合物電解質的方法，以及在制備包含該聚合物電解質的聚合物電池中的應用。克服現有聚合物電解質制備費時、工藝路線復雜、含有有機溶劑的殘留、雜質的引入，使得工藝流程簡化、所需設備減少、工序時間縮短、生產效率提高，同時降低了成本，提高聚合物的保液能力。該工藝制備的聚合物電解質固化電解液量很高，這使得電解質電導率高并且聚合物鋰離子電池的各種性能也得到提高。

一種原位制備柔性鋰離子電池聚合物電解質的方法，按如下步驟。

（1）將聚合物溶解在溶劑中制備均一的溶液，聚合物的質量分數為10-20%，高壓靜電紡絲成聚合物基底多孔膜。

（2）將離子液體功能化單體、非離子液體單體、交聯劑、熱引發劑、離子液體以及鋰鹽攪拌均勻制備無色透明前驅體溶液，其中鋰鹽在離子液體中的濃度為0.3~1M，熱引發劑為單體的0.5~5wt%，非離子液體單體和離子液體功能化單體:交聯劑質量比為5:1，非離子液體單體:離子液體功能化單體的摩爾比為1:1~40，優選3:7。

（3）將聚合物基底多孔膜浸入到前驅體溶液中0.1-2h，然后將浸有前驅體溶液的聚合物基底多孔膜在惰性氛圍中60~80℃中反應10~24 h，單體在引發劑的作用下發生自由基聚合反應，將離子液體包覆在鏈段的孔洞中，原位形成聚合物電解質。

所述的離子液體功能化單體和離子液體為咪唑型中的一種或兩種以上。

所述的交聯劑為含有兩個或多個雙鍵的單體，為乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯中的一種或兩種以上。

所述的熱引發劑為偶氮類引發劑和過氧化物類引發劑，優選偶氮二異丁腈和過氧化二苯甲酰。

所述的聚合物基底多孔膜包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯六氟丙烯（PVDF-HFP）等電紡絲膜。

所述的聚合物基底膜可以通過混紡和噴紡的方法對其相容性，力學性能等進行改性。

所述的制備方法無需加入有機溶劑，電極和電解質材料的接觸良好。