[发明专利]聚合物凝胶电解质和应用它的锂电池

说明书

本发明涉及一种聚合物凝胶电解质以及应用它的锂电池，更具体地说，是涉及一种聚合物凝胶电解质和一种通过使用这种聚合物凝胶电解质而具有改进的可靠性和安全性的锂电池。

象已知的那样，当一种环氧乙烷均聚物和一种碱金属离子体系被应用时，离子导电特性即得到改进，聚合物固体电解质已经得到深入研究。作为研究的结果，许多关注被赋予聚醚诸如聚环氧乙烷作为聚合物基质，因为金属阳离子在其中有高的运动自由度和溶解度。

金属离子的运动发生在聚合物的无定形区域而不是聚合物的结晶区域。这样，为减小聚环氧乙烷的可结晶性，已经提出了一些聚环氧乙烷和各种环氧化合物共聚的方法(美国专利No.5,968,681和5,837,157)。

锂蓄电池按照它们所用的电解质种类来分类，可分为锂离子电池和锂离子聚合物电池。一般锂离子电池用圆柱形盒壳或棱柱形盒壳作为密封电极装置的盒壳。然而近来广泛使用盒袋来代替这类盒壳。用盒袋作为盒壳的理由是它使每单位重量和单位体积的能量密度增加，可做成薄和轻的电池，并且材料价值可以降低。

图1是用盒袋作为盒壳的锂离子电池的部件分解透视图。

参看图1，锂离子电池包括具有阴极11、阳极12、隔膜13的电极装置10，盒壳14环绕并密封着电极装置10。这里电极装置10是这样形成的，即把隔膜13插嵌在阴极11和阳极12之间并卷叠起来。阴极分接头12和阳极分接头12’作为电极装置10和外部的通电途径从阴极11和阳极12分别拉出以形成电极终端接头13和13’。

图2是普通锂离子聚合物电池的部件分解透视图。

参看图2，这种锂离子聚合物电池包括具有阴极、阳极和隔膜的电极装置21，并且盒壳22环绕并密封住电极装置21。电极终端接头(或引线)24和24’用来引导电极装置21形成的电流流向外部，它被连接到阴极分接头23和阳极分接头23’上，23和23’分别安装在阴极和阳极上，并以预先决定的长度暴露在盒壳22的外面。

如上所述，在图1所示的锂离子电池和图2所示的锂离子聚合物电池中，电极装置10和21是放在盒壳11和22中的，电解质溶液被注入其中，同时电极端子13和13’以及24和24’被部份地暴露在盒壳外面。然后加热和加压使上部和下部盒壳边缘的热粘附材料把上、下部份粘合而密封，从而完成电池制作。

如上所述，因为电解质溶液是在电极装置被放入盒壳之后注入的，在使用低沸点有机溶剂的情况下，电极装置或盒袋可能膨胀，导致电池可靠性和安全性的变坏。

为解决上述问题，已经提出了一些组装电池的方法，使电极和电解质可通过紫外射线或电子束照射导致固化来制备；或者电极板用凝胶涂布而不必分开地注入一种电解质溶液，如在美国专利No.5,972,539、5,279,910、5,437,942和5,340,368中所公开的那样。在实际中，电极装置或盒袋的膨胀可得到某种程度的缓解，但仍然是不能令人满意的。

为解决上述问题，本发明人进行了各种研究，并完成了涉及使用一种聚环氧乙烷聚合物形成凝胶电解质的本发明。

本发明的第一个目的是提供一种聚合物凝胶电解质，它能有效地掏由于电解质溶液造成电池的膨胀。

本发明的第二个目的是提供一种锂电池，它通过使用聚合物凝胶电解质，能防止由于电解质溶液使电池膨胀造成电池的可靠性和安全性的降低。

本发明的第三个目的是提供一种制造锂电池的方法。

为达到第一个目的，提供了一种聚合物凝胶电解质，它是通过把一种三元共聚物溶解在一种低沸点有机溶剂中，混合一种锂盐和外加的有机溶剂以获得一种形成电解质的组合物，然后从组合物中除去低沸点有机溶剂；该三元共聚物含有式1代表的重复单元、式2代表的重复单元和式3代表的重复单元：

[式1]

        -(CH₂CH₂O)-

[式2]

[式3]其中n为1至12的一个整数，R是含有1至12个碳原子的烷基。

最好是，式1代表的重复单元的含量基于1摩尔三元共聚物计算为0.1至0.9摩尔％，式2代表的重复单元的含量基于1摩尔三元共聚物计算为0.1至0.8摩尔％，式3代表的重复单元基于1摩尔三元共聚物计算为0.01至0.8摩尔％。