[發(fā)明專(zhuān)利]復(fù)合聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710889365.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107658495A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭濤;劉婧;孟繁慧;高凡;王欣全;周江;伍紹中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0525
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 天津市三利專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司12107
• 代理人: 楊紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合聚合物電解質(zhì)固態(tài)鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池相對(duì)于其他二次電池來(lái)說(shuō)，具有較高的能量的密度、輸出電壓高及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品及汽車(chē)領(lǐng)域得到普遍的使用；并且隨著傳統(tǒng)化石能源的枯竭，環(huán)境污染及溫室效應(yīng)的不斷加劇，綠色能源開(kāi)發(fā)迫在眉睫。現(xiàn)在鋰離子電池的電解質(zhì)大多為液體電解質(zhì)，在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生漏液、燃燒、分解甚至爆炸的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響人身及財(cái)產(chǎn)安全。隨著電子器件和電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于鋰離子電池的能量密度、倍率性能要求提高，鋰電池的安全性能就顯得尤為重要。

相對(duì)于液體電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，復(fù)合聚合物電解質(zhì)具有質(zhì)量輕、粘彈性好以及成膜性好等優(yōu)點(diǎn)，可以克服液體電解質(zhì)的以上缺點(diǎn)，提高鋰離子電池使用的安全性。目前被廣泛研究的復(fù)合聚合物電解質(zhì)基體為聚氧化乙烯，與鋰鹽復(fù)配組成復(fù)合聚合物電解質(zhì)，但是聚氧化乙烯室溫下易于結(jié)晶，更多的鏈段在常溫下處于晶區(qū)，無(wú)法參與鋰離子傳遞；因此制備出復(fù)合聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較低，機(jī)械性能不強(qiáng)，限制其使用。一般可以通過(guò)共混、共聚、交聯(lián)、超支化結(jié)構(gòu)來(lái)抑制結(jié)晶，提高其室溫電導(dǎo)率。其中交聯(lián)、超支化結(jié)構(gòu)電解質(zhì)制備起來(lái)比較復(fù)雜，并且成本較高，滿(mǎn)足不了鋰電企業(yè)使用要求。而共混、共聚方法簡(jiǎn)單，既可以提高復(fù)合聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率，保證鋰離子電池安全性能，又可以降低生產(chǎn)成本。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，有必要提供一種具有優(yōu)異電化學(xué)性能和價(jià)格低廉的復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備方法及鋰離子電池

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種復(fù)合聚合物電解質(zhì)固態(tài)鋰離子電池，復(fù)合聚合物電解質(zhì)會(huì)通過(guò)物理交聯(lián)作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在一定條件下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定性；制備的復(fù)合聚合物電解質(zhì)可以自發(fā)成膜，具有較高的安全性。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：一種復(fù)合聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池，其特征是：包括正極材料、負(fù)極材料以及負(fù)極材料上下表面的復(fù)合聚合物電解質(zhì)依次放置封裝構(gòu)成；所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)包括聚合物電解質(zhì)基體、鋰鹽、無(wú)機(jī)化合物及鋰離子傳導(dǎo)基體混合均勻后得到的混合液構(gòu)成固體復(fù)合聚合物電解質(zhì)膜。

所述聚合物電解質(zhì)基體為PVDF、改性物和支化聚丙烯酸酯化合物中的一種或幾種，并且聚合物電解質(zhì)基體通過(guò)支化結(jié)構(gòu)物理交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述聚合物電解質(zhì)基體用量為復(fù)合聚合物電解質(zhì)質(zhì)量的10％-80％。

所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)的鋰鹽為雙三氟甲基磺亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰或三氟甲基磺酸鋰的一種或幾種；所述鋰鹽用量為復(fù)合聚合物電解質(zhì)質(zhì)量的5％到80％。

所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)的無(wú)機(jī)化合物包括納米二氧化硅、納米二氧化鈦或納米氧化鋁中的一種或幾種；所述無(wú)機(jī)化合物用量為復(fù)合聚合物電解質(zhì)質(zhì)量的0.5％-80％。

所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)的鋰離子傳導(dǎo)基體為聚乙二醇二甲醚；所述鋰離子傳導(dǎo)基體用量為復(fù)合聚合物電解質(zhì)質(zhì)量的30-70％。

所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)的無(wú)機(jī)納米粒子粒徑為20-200nm。

所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)通過(guò)溶液澆鑄法和刮涂法制得。

所述正極材料中的活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰或硫化物的一種或幾種。

所述負(fù)極材料中活性物質(zhì)為金屬鋰、金屬鋰合金、鈦酸鋰、石墨或硅材料的一種或幾種。

有益效果：本發(fā)明中復(fù)合聚合物電解質(zhì)會(huì)通過(guò)物理交聯(lián)作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在一定條件下保持穩(wěn)定性。本發(fā)明制備的復(fù)合聚合物電解質(zhì)可以自發(fā)成膜，具有較高的安全性。相對(duì)于其他復(fù)合聚合物電解質(zhì)，本方法采用的原料易得，生產(chǎn)過(guò)程可在現(xiàn)有鋰電生產(chǎn)裝備上生產(chǎn)，并且采用材料都具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是聚合物電解質(zhì)基體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、正極材料，2、復(fù)合聚合物電解質(zhì)，3、負(fù)極材料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

詳見(jiàn)附圖，本實(shí)施例提供了一種復(fù)合聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池，包括正極1、負(fù)極材料3以及負(fù)極材料上下表面的復(fù)合聚合物電解質(zhì)2依次放置兩層組合封裝構(gòu)成；所述復(fù)合聚合物電解質(zhì)包括聚合物電解質(zhì)基體、鋰鹽、無(wú)機(jī)化合物及鋰離子傳導(dǎo)基體混合均勻后得到的混合液構(gòu)成固體復(fù)合聚合物電解質(zhì)膜。