[发明专利]一种活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜及其制备方法，属于化学电源技术领域。

背景技术

自1994年美国的Bellcore公司将高分子聚合物用于开发聚合物锂离子电池(PLIB)以来，由于其在形状上可以做到薄行化及任意形状化，可以保证电池内部的充分接触，大大提高电池造型设计的灵活性，同时聚合物锂离子电池具有重量轻、比能量高、安全性能好等优点，从而成为近年来锂离子电池的研究热点。聚合物锂离子电池的关键部件是聚合物电解质。聚合物电解质按其形态可分为凝胶聚合物电解质(GPE)和固态聚合物电解质(SPE)，凝胶聚合物电解质由于离子电导率高，电化学稳定性好等优点成为目前的研究热点。

到目前为止，人们开发出的锂电池凝胶聚合物电解质(LiGPE)有聚丙烯腈基(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯基(PMMA)、聚氧乙烯基(PEO)、聚偏氟乙烯基(PVDF)、聚氯乙烯基(PVC)等聚合物，在这类聚合物基础上形成的共聚物电解质有聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VDF-HFP)、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯P(AN-MMA)等。这类电解质室温电导率可达到10^-3S/cm，虽然现有技术采用共混、共聚以及添加纳米无机填料等方法合成复合聚合物电解质可以提高聚合物膜的离子电导率及机械强度等，但其电化学和界面稳定性等性能还不能满足大规模应用化的要求。因此，这类聚合物薄膜虽然符合离子电导率的要求，但还存在机械性能和界面稳定性差等问题，难以应用于商品化的锂离子电池中。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种室温电导率高，界面稳定性好的活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜。

本发明的另一目的在于提供一种制备上述活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜的制备方法，该方法工艺简单，且易于生产化。

本发明的再一目的在于提供上述活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物单体提纯；所述聚合物单体为丙烯腈和乙酸乙烯酯混合而成，或为丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯混合而成；

(2)在氮气(N₂)气氛下，将质量百分比为0.1-0.5％的聚乙烯醇加入质量百分比为60-69％的去离子水中，400-500r/min转速下搅拌10-15min，分散均匀；加入质量百分比为30-39％的步骤(1)所得聚合物单体和质量百分比为0.1-0.5％的交联剂，搅拌均匀；60-70℃温度下加入质量百分比为0.1-0.5％的引发剂，反应6-8h，得到白色乳液；

(3)将白色乳液过滤，水洗3次，依次用质量比为1∶1的乙醇∶去离子水和质量比为1∶1的丙酮∶去离子水洗去未反应的聚合物单体，在60℃下用氮气(N₂)吹扫36小时得到聚合物基体材料；

(4)将质量百分比为15-30％的聚合物基体材料溶解于质量百分比为70-85％的N-N二甲基甲酰胺(DMF)或/和丙酮中，在60-80℃下强力搅拌得到粘稠的凝胶；用涂膜器将凝胶在玻璃板上涂膜后，迅速浸入水浴中，得到聚合物膜；1h后将聚合物膜从水浴中取出，自然干燥1h后，60℃真空干燥12h，得到聚合物基体薄膜；

(5)将质量百分比为1-8％的聚甲基丙烯酸酯(PMMA)或聚羟乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)或聚氧化乙烯(PEO)溶解于质量百分比为92-99％的N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，在60-70℃下强力搅拌得到活化凝胶；

(6)将步骤(4)所得聚合物基体薄膜浸于步骤(5)所得活化凝胶中进行活化，5-15min后取出，于60-70℃鼓风干燥8h，得到活化型聚合物薄膜；

步骤(1)所述聚合物单体是摩尔比为9∶1～5∶5的丙烯腈(AN)∶乙酸乙烯酯(VAc)或摩尔比为9∶1～5∶5的丙烯腈(AN)∶甲基丙烯酸甲酯(MMA)等。

步骤(2)所述交联剂是聚乙烯醇二甲基丙烯酸酯或邻苯二甲酸二丙稀酯；所述引发剂是偶氮二异丁腈或过硫酸钠。

由上述方法制备的活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜可应用于聚合物锂离子电池：将活化型凝胶态锂离子电池聚合物电解质薄膜与正极材料和负极材料，采用卷绕工艺组装成电芯，将电芯在70～80℃真空干燥20～30 h后取出，再将电芯置于电池，注入电解液密封后静置8h，得到聚合物锂离子电池。