[發(fā)明專利]一種凝膠聚合物電解質(zhì)以及包括其的鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811079232.5
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109301319B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾金生
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州市典名新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 惠州創(chuàng)聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44382
• 代理人: 趙瑾

本發(fā)明公開了一種復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)以及采用該復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)制備的鋰離子電池。該復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)具有非常好的耐高溫性能，具有用作電池隔膜的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種凝膠聚合物電解質(zhì)以及包括該凝膠聚合物電解質(zhì)的鋰二次電池。

技術(shù)背景

近年來，鋰電池由于具有容量大、效率高、循環(huán)性能好等特點，已經(jīng)廣泛用于我們的筆記本電腦、手機、平板電腦、便攜式音頻播放器等。同時，大容量、高安全的鋰電池引起了市場的高度關(guān)注。這種大容量鋰電池具有美好的應(yīng)用前景，比如應(yīng)用在電動汽車、儲能電站等大型設(shè)備，或者智能手表、手機等智能設(shè)備。大容量鋰離子電池的商業(yè)應(yīng)用前景吸引了眾多科學(xué)家的關(guān)注，然而，大容量鋰離子二次電池的在發(fā)展的過程中出現(xiàn)了一系列重大問題，其中，最大的問題是安全性能。鋰離子電池尤其在不規(guī)范使用的狀態(tài)下，例如熱沖擊、過充、過放、短路等等，往往會有著起火、爆炸等安全隱患。另外，現(xiàn)有鋰電池不適于在高溫下使用，高溫下使用鋰電池存在電解液容易揮發(fā)、著火等安全隱患。

鋰離子電池的核心組成部件分為三部分：正極、負(fù)極和電解液，其電能的存儲與釋放主要是通過正極、負(fù)極與電解液界面上發(fā)生的離子傳輸和電子傳輸相分離的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)的。具體工作原理為：在充電過程中，鋰離子會從正極活性材料中脫出，經(jīng)過電解液，最終嵌入負(fù)極活性材料；在放電過程中，鋰離子會從負(fù)極活性材料脫出，經(jīng)過電解液而嵌入正極活性材料中。然而，電解液為液態(tài)，具有良好的擴散性，但是，有機電解液存在漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患。

聚合物電解質(zhì)不但具有較好的導(dǎo)電性，而且具有高分子材料所特有的質(zhì)量輕、彈性好、易成膜等特點，符合化學(xué)電源質(zhì)輕、安全、高效、環(huán)保的發(fā)展趨勢，因此成為化學(xué)電源研究和開發(fā)的熱點。

固體聚合物電解質(zhì)起源于低溫燃料電池。固體聚合物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)中，液體電解質(zhì)被離子膜這種固體聚合物電解質(zhì)取代，電催化劑顆粒直接附于膜上，形成固體聚合物電解質(zhì)復(fù)合膜。除了作為離子導(dǎo)體，固體聚合物電解質(zhì) 還用作電池中的電解質(zhì)和電極之間的隔膜，這消除惰性多孔隔膜的使用。它們還用作粘合劑以促進(jìn)與電極的接觸，并且這消除了對液體電解質(zhì)中所需的高溫處理的需要。固體聚合物電解質(zhì)具有無溶劑、防漏、低揮發(fā)性和電化學(xué)穩(wěn)定性等，而且重量輕、高離子電導(dǎo)率、高自動化過程、優(yōu)異的機械強度、高能量密度、柔韌性、易于加工或制造和配置成各種幾何形狀。然而，固體聚合物電解質(zhì)在環(huán)境溫度下存在低導(dǎo)電性和高界面電阻。

凝膠聚合物電解質(zhì) 結(jié)合液體的擴散性和固體的內(nèi)聚性。凝膠聚合物電解質(zhì)也稱為增塑聚合物電解質(zhì)，在 1975 年，由 Feuillade 和 Perche 首次引入（參見“FeuilladeG., Perche P. Ion-conductive macromolecular gels and membranes for solidlithium cells [J]. Journal ofApplied Electrochemistry, 1975, 5(1): 63-9.”）。凝膠聚合物電解質(zhì)是增塑的或凝膠化的聚合物基質(zhì)，其中增塑劑的加入導(dǎo)致聚合物基質(zhì)在液體電解質(zhì)中溶脹。

凝膠聚合物電解質(zhì)具有高離子導(dǎo)電率，低揮發(fā)性，低反應(yīng)性，良好的操作安全性以及良好的化學(xué)、機械、光化學(xué)、電化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。它重量輕，無溶劑，具有寬的電化學(xué)窗口，高能量密度，良好的體積穩(wěn)定性，并且易于配置成所需的尺寸和形狀。凝膠聚合物電解質(zhì)的優(yōu)異性能增強了電化學(xué)裝置的安全性，及其在電化學(xué)裝置中的適用性。在電池中使用凝膠聚合物電解質(zhì)可防止泄漏和內(nèi)部短路，從而延長使用壽命。凝膠聚合物電解質(zhì)的獨特性質(zhì)使其成為替代液體電解質(zhì)的有力競爭者。凝膠聚合物電解質(zhì)還有阻礙它們在更廣泛的實際應(yīng)用中使用的一些缺點。

克服固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)的缺點和局限性的嘗試，產(chǎn)生了新形式的材料，即復(fù)合聚合物電解質(zhì)，包括聚合物共混、交聯(lián)聚合物基體、梳形共聚物、二元鹽體系、添加劑如增塑劑的摻入、納米材料的摻雜、用離子液體浸漬和用無機填料增強，該復(fù)合聚合物電解質(zhì)同時具備固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點。