[发明专利]凝胶聚合物电解质和聚合物电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚合物电解质的聚合 物电池，以及该聚合物电池的制备方法。

背景技术

聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代高比 能量二次电池体系。聚合物锂离子电池的一般结构包括正极、负极和位于正 极和负极之间的聚合物电解质，正极包括正极集流体和正极活性物质，负极 包括负极集流体和负极活性物质，所述正极活性物质和负极活性物质相对设 置，与聚合物电解质一起容纳于电池壳中。与传统液态锂离子电池相比，它 具有以下明显优点：(1)采用聚合物电解质代替液态电解质溶液，可有效地避 免液态电池可能存在的电解液泄露问题，电池的可靠性更高；(2)采用轻质软 性塑料材质为外壳，相比于采用金属壳体的液态电池，一方面可有效地降低 电池外壳质量，提高电池的质量效率，使得聚合物锂离子电池具有更高的比 能量；另一方面，可有效地降低因金属外壳对内压积累不够敏感、在滥用条 件下发生爆炸、燃烧等不安全行为的几率，使得聚合物锂离子电池具有更好 的安全性能；(3)外形设计灵活、方便，可用于发展超薄、超大面积及各种异 形电池。

目前，聚合物锂离子电池采用的聚合物电解质主要为凝胶型和微孔型两 种。

微孔聚合物电解质是在聚合物电解质膜上通过有机溶剂萃取过程，使膜 形成许多小孔，因此所得到的聚合物电解质膜可以充当液态锂离子电池中隔 膜的作用。微孔聚合物电解质是以Bellcore公司的技术为代表，采用偏氟乙 烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)的共聚物为基体。该技术所得的聚合物电解质为 固液两相体系，相对纯固态聚合物电解质，离子电导率有了一定的提高，但 不能很好解决漏液问题，制作工艺上需要萃取，操作较复杂，生产效率较低， 成本较高。而且其聚合物电解质本身又充当电池的隔膜，性能不及传统的聚 烯烃隔膜，安全性能上相对于传统的液态锂离子电池有所降低。

凝胶聚合物电解质是在聚合物基体中通过加入大量的有机增塑剂形成 有一定机械强度的凝胶态聚合物而制成的。由于聚合物基体中含有大量的有 机增塑剂，从而有利于离子的迁移，所得到的凝胶聚合物电解质的离子电导 率会有很大幅度的提高。凝胶聚合物电解质中的聚合物基体通常只充当电解 质溶液的载体，将该电解质溶液吸附在聚合物基体中，形成相对稳定的凝胶 态聚合物电解质，并采用在传统液态锂离子电池中使用的聚烯烃薄膜充当电 池的隔膜。因此，凝胶聚合物电解质本身是一种固相体系，不存在电池漏液 问题。由于固相体系的闪点、燃点都较高，可以承受较高的温度而不会燃烧， 所以采用凝胶聚合物电解质的聚合物锂离子电池的安全性比液态锂离子电 池好得多。

例如，CN 1986585A中公开了一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制 备方法，该方法包括将十二烷基硫酸钠加到去离子水中溶解，再加入甲基丙 烯酸甲酯和乙酸乙烯酯及邻苯二甲酸二丙烯酯，搅拌均匀并加入过硫酸钠进 行反应；得到的白色乳液倒入Al₂(SO₄)₃溶液中搅拌破乳，然后洗去未反应 的单体后，用N₂吹扫得到白色的PMMA-VAc粉末，并溶解于N，N-二甲基 甲酰胺中，然后向其中加入二乙基碳酸酯得到粘稠的凝胶；将聚烯烃隔膜或 聚烯烃无纺布浸于凝胶中然后干燥得到聚合物膜，将聚合物膜浸于电解液 中，即得到聚合物电解质。

上述聚合物电解质通过将吸液能力较强的PMMA与强度较高的PVAc 配合，制备了具有较好吸液能力和较高强度的聚合物电解质，该聚合物电解 质具有较好的离子输送性能。然而，该凝胶聚合物电解质离子电导率仍然较 低，而且包括该凝胶聚合物电解质的电池的倍率放电性能即大电流放电性能 较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的凝胶聚合物电解质的电导率不 高、电池的倍率放电性能较差的缺陷，提供了一种电导率高、包括该凝胶聚 合物电解质的电池的倍率放电性能好的凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚 合物电解质的聚合物电池，以及该聚合物电池的制备方法。

本发明提供了一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合 物、电解质、有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散 在聚合物中，其中，所述无机填料为硫酸锂和/或亚硫酸锂。