[发明专利]聚合物电解质及其制备方法和聚合物锂二次电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种聚合物电解质以及该聚合物电解质的制备方法和含有该聚合物电解质的聚合物锂二次电池。

背景技术

聚合物锂二次电池具有比能量高，安全性能好以及加工性能优异等优点。自从1999年投放市场以来，就引起人们的广泛关注。与传统的液态锂离子电池相比，聚合物锂二次电池除保持了高电压、高比能量、循环寿命长、绿色环保以及无记忆效应等优点外，还克服了液体锂离子电池存在的漏液、起火甚至爆炸等安全性问题。同时，聚合物锂二次电池外壳还可以采用铝塑复合膜作为包装，在设计上更加灵活。由于铝塑复合膜的重量轻，聚合物锂二次电池在重量比能量上显著超过了液体锂离子电池。由于具有上述显著的优点，聚合物锂二次电池在未来电子消费领域将逐步取代液体锂离子电池。

聚合物电解质膜不仅是聚合物锂二次电池的重要组成部分，也是决定电池性能的重要因素之一。在聚合物锂二次电池中，聚合物电解质膜要求具有均匀的微孔结构、高的孔隙率、良好的离子导电性和优异的机械强度以及热复合后稳定的电极/电解质膜界面性质。

目前，制备聚合物多孔电解质膜的方法是主要基于美国Bellcore技术而发展起来的。美国Bellcore技术采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)作为多孔骨架基质材料，通过抽取的方法制备多孔薄膜，最后经过多孔薄膜吸液，使电解液进入PVDF-HFP隔膜的孔隙中，形成固液两相体系的聚合物电解质。其中的六氟丙烯链段处于高弹态，具有良好的溶胀性，可以吸附较多的电解液，其电导率能达到10-3S/cm；同时，偏氟乙烯链段处于结晶态，能够为凝胶聚合物电解质提供良好的机械性能。然而这种制造多孔膜的方法具有生产工艺复杂、操作周期长、对设备和环境要求高以及造孔过程中需要大量的萃取剂等缺点。因此，开发性能优异、制备工艺简单、可操作性强并且绿色环保的聚合物电解质膜已经成为科学研究和技术开发的热点之一。

CN1167163C公开了一种用于再充式锂电池的复合电解质，该复合电解质包括具有许多孔隙和两个主面的惰性第一种聚合物的第一层压板层，并且第一层压板层的至少一个主面上沉积有第二种聚合物的多孔固体第二层，第二种聚合物的固体第二层含具有可离解锂离子的第一锂化合物，其中第二种聚合物的固体第二层部分地充满惰性第一层压板层的一部分孔隙，从而提供具有部分孔隙未充满的至少两层聚合物的复合聚合物结构，且其中复合聚合物结构未充满的孔隙部分浸以含有具有可离解锂离子的第二锂化合物的有机液体，其中第一种聚合物选自聚乙烯、聚丙烯和聚链烯烃的共混混合物，且其中第二种聚合物选自聚环氧乙烷、聚四氟乙烯以及聚偏氟乙烯。采用该复合电解质的再充式锂电池的容量在3200-3150毫安/小时之间，但是采用该复合电解质的再充式锂电池的电容在50-60次循环之后即有所下降，表明该复合电解质的容量保持率还有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的聚合物电解质存在的生产工艺复杂、操作周期长、对设备和环境要求高以及由此而制备的聚合物锂二次电池的容量保持率低的缺点，提供一种制备工艺简单、可操作性强并且具有优异的离子电导率、较高的机械性能和电解质含量的聚合物电解质以及该聚合物电解质的制备方法；本发明还进一步提供了一种包括上述聚合物电解质的聚合物锂二次电池。

本发明提供了一种聚合物电解质，该聚合物电解质包括聚合物多孔膜和电解质，所述电解质以溶液和/或凝胶的形式容纳在所述聚合物多孔膜的孔隙中，其特征在于，所述聚合物多孔膜包括多孔母基质膜和子基质，至少部分子基质分布在多孔母基质膜的至少部分孔隙中，且分布有子基质的多孔母基质膜的孔隙中的至少部分孔隙未被子基质闭合。

本发明还提供了上述聚合物电解质的制备方法，该方法包括使至少部分第二聚合物溶液进入多孔母基质膜的至少部分孔隙中，所述第二聚合物溶液含有第二聚合物和第二溶剂；去除所述第二溶剂，得到分布在所述多孔母基质膜的至少部分孔隙中的子基质，且分布有子基质的多孔母基质膜的至少部分孔隙未被子基质闭合，所述多孔母基质膜与所述子基质共同形成了所述聚合物多孔膜；以及使至少部分电解质溶液和/或凝胶进入所述聚合物多孔膜的至少部分孔隙中。

本发明还进一步提供了一种聚合物锂二次电池，该聚合物锂二次电池包括正极、负极和电解质，其中，所述电解质为由本发明提供的上述聚合物电解质。