[發明專利]一種交聯凝膠聚合物電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201711083583.9
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107910589B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 任世杰;肖琴;鄧純;張秋靜;王千;岳勇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;C08L27/16;C08L53/00;C08J3/24
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及到一種交聯型的凝膠聚合物電解質及其制備方法。本發明提供一種交聯凝膠聚合物電解質，所述聚合物電解質由共混交聯聚合物膜充分吸收電解液后得到；其中，所述共混交聯聚合物膜由聚合物基材、PS?PEO?PS三嵌段共聚物和溶劑先通過靜電紡絲法，再通過傅?克反應進行交聯制備得到；其中PS?PEO?PS三嵌段共聚物在共混體系中的質量分數為1％～60％，所述共混體系為聚合物基材和PS?PEO?PS三嵌段共聚物的共混體系。本發明所得聚合物電解質具有較高的離子電導率及其它優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及到一種交聯型的凝膠聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

傳統鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜以及電解質組成。其中，隔膜主要是聚烯烴微孔膜，包括聚丙烯微孔膜(Polypropylene，簡稱PP)、聚乙烯微孔膜 (Polyethylene，簡稱PE)以及PP-PE多層復合隔膜等。但這類隔膜通常只能起到阻隔正負極和提供離子傳輸通道的作用。在高溫環境下，這類隔膜能夠自動閉孔，阻斷離子運輸，使電路停止運行，在一定程度上提高安全性能。但是，高溫也同樣會使得這類聚烯烴微孔膜發生嚴重的收縮，從而導致正負極發生接觸，造成內部短路，引發爆炸等安全事故。同時，在某些特殊條件下(比如鉆井行業)，我們需要在高溫下也能繼續使用的鋰電池，這就要求隔膜即使在高溫條件下也能保持自身形態以及孔隙結構。另一方面，由于體系中存在大量液態電解質，可能會發生漏液問題，存在安全隱患。其三，聚烯烴隔膜對電解液的浸潤性差，從而影響電池的整體性能。解決上述問題的有效途徑就是用聚合物電解質來代替傳統的隔膜/電解質體系。

目前，PVDF、PEO以及PMMA等聚合物材料由于自身的優異性能而常用于聚合物電解質的骨架材料。但單一材料難以滿足鋰離子電池的性能需求，比如純的PVDF 或者PEO制備的聚合物電解質，由于結晶作用，使得離子電導率大大降低；而使用 PMMA得到的聚合物電解質機械性能差。通常使用共混、交聯等方法進行改性。但是，簡單共混后，聚合物基質某些組分仍然存在易被溶脹變形等問題；而一般使用的交聯方法，可能殘留大量的單體、引發劑等，從而影響聚合物電解質的性能。此外，目前商業化使用的聚烯烴微孔膜通常采用拉膜法成孔，孔隙率和吸液率低，阻礙了電池性能的進一步提升。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種交聯凝膠聚合物電解質，所得聚合物電解質具有較高的離子電導率及其它優異的電化學性能。

本發明的技術方案：

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種交聯凝膠聚合物電解質，所述聚合物電解質由共混交聯聚合物膜充分吸收電解液后得到；其中，所述共混交聯聚合物膜由聚合物基材、PS-PEO-PS三嵌段共聚物和溶劑先通過靜電紡絲法，再通過傅-克反應進行交聯制備得到，其中PS-PEO-PS三嵌段共聚物在共混體系中的質量分數為 1％～60％，所述共混體系為聚合物基材和PS-PEO-PS三嵌段共聚物的共混體系。

優選的，PS-PEO-PS三嵌段共聚物在共混體系中的質量分數為5％～30％。

所述聚合物基材為適合作為聚合物電解質的聚合物；進一步，所述聚合物基材選自聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的至少一種；優選為PVDF。

進一步，所述共混交聯聚合物膜采用下述方法制備得到：

1)靜電紡絲法制備共混聚合物多孔膜：室溫下，將PS-PEO-PS三嵌段共聚物以及聚合物基材溶于溶劑中，攪拌得到均勻的紡絲液，紡絲液的固含量為9～15％；紡絲液通過靜電紡絲得到共混聚合物多孔膜，然后干燥備用；