[发明专利]改性聚合物凝胶电解质薄膜、制备方法和用途

说明书

本发明涉及到无机晶须或纳米材料改性凝胶电解质薄膜材料、制备方法和用途，特别是适用于可充锂电池、手提电脑、传感器以及电动工具等的改性凝胶电解质薄膜材料。

可充锂电池与其它可充电化学体系相比，具有更强的动力、能量密度以及更长的使用寿命。为此，人们进行了大量旨在提高可充锂电池性能的研究，尤其是开发性能更加优异的电解质。

为解决以金属锂为阳极可充电池的安全性和循环寿命两大技术难题而发展起来的液体电解质锂离子电池，具有比能量高、放电电压平稳、循环寿命长等优点。但这类电池也有明显的缺陷，含液体电解质的可充锂离子电池易发生电解质泄漏，存在安全问题；液体锂离子电池会发生阳极钝化现象，减小了输出，缩短了使用寿命，另外由于不能连续作业，生产效率低，液体电解质也不适于制备所有尺寸和形状的可充锂离子电池。

同液体电解质可充锂离子电池相比，固体电解质可充锂离子电池克服了液体电解质泄漏问题，在电池设计上灵活性大，可按电器需要确定尺寸。但是固体电解质的电导率通常在10^-5Scm^-1数量级，而用于制备可充锂离子电池的电解质电导率必须高于10^-3Scm^-1。显然固体电解质在制备高性能电池的实际应用中非常不利。

一类新型固体电解质-凝胶电解质是一种很有应用前景的材料。凝胶电解质是将锂盐溶解于溶剂中，而后在一定温度下，适量的聚合物溶解于上述溶液，冷却或去除少量的溶剂使溶液凝固成类固状。由于凝胶电解质的尺寸稳定，易于加工，室温下电导率可达10^-3Scm^-1，立即在电化学设备中引起了人们的极大兴趣。

自Bellcore公司在专利(US9005418091A)中报道了一种新型、具有商业使用价值的凝胶电解质的制备，并可以开发成塑性可充锂离子电池以来，已有多篇关于采用凝胶电解质的可充锂离子电池制备的专利报道。

然而在制备凝胶电解质时，由于吸收了大量的液体电解质，产生了两个有待解决的问题：(1)凝胶电解质缺乏足够的力学完整性以防止两极间的短路；(2)形成凝胶时吸收过量的液体电解质。每个问题都是凝胶电解质在电池应用中非常大的限制。另一方面，在凝胶电解质体系中，电解质与电极材料的接触层表面无疑会产生钝化现象。

因此，有必要研究开发一种新的凝胶电解质体系，既有优异的力学完整性又能吸收足量的液体电解质保证体系具有高离子电导率，同时降低钝化现象。

本发明目的是提供一种氧化锌晶须或纳米材料改性凝胶电解质薄膜材料。

本发明目的还提供上述氧化锌晶须或纳米材料改性凝胶电解质薄膜材料的制备方法。

本发明另一目的是提供上述氧化锌晶须或纳米材料改性凝胶电解质薄膜材料的用途。

本发明的氧化锌晶须或纳米材料改性凝胶电解质薄膜材料，用于可充锂离子电池的聚合物凝胶电解质，是由液体电解质、一种或一种以上的能形成凝胶的聚合物、氧化锌晶须或纳米材料所组成，所述的液体电解质、聚合物和氧化锌晶须或纳米材料三者的重量比为1∶0.1—0.5∶0.003-0.06，所述的液体电解质是一种或一种以上的增塑剂和能溶于增塑剂的锂盐组成，液体电解质中锂盐浓度为0.5～2mol。

在本发明的聚合物凝胶电解质中，所述的锂盐是高氯酸锂、六氟磷酸锂或六氟砷酸锂中的一种或是两种上述锂盐的混合物，液体电解质中锂盐浓度为0.5～2mol，以锂盐浓度1mol为好。

上述的液体电解质中所述的增塑剂是丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或二乙基碳酸酯中一种或一种以上的混合增塑剂，上述混合增塑剂的体积比为1∶0—1∶0—1∶0—1。

本发明的聚合物凝胶电解质中，所述的无机纳米材料是纳米氧化锌、纳米级ATO(Sd₂O₃·SnO₂)或纳米氧化铜。

本发明中上述的聚合物为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈。聚合物的含量为液体电解质重量的20—40％。

本发明中所述的无机晶须材料是氧化锌晶须材料，其用量以聚合物重量的8—12％为好。

本发明的聚合物凝胶电解质制备方法，是将上述的液体电解质、聚合物和无机晶须或纳米材料三者的重量比为1∶0.1—0.5∶0.003-0.06的溶液，搅拌均匀后，用流涎法制备。即将该混合物加热搅拌均匀后，倒在玻璃板上成膜。