[发明专利]聚合物隔离膜及使用该聚合物隔离膜的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，尤其是一种聚合物隔离膜及使用该聚合物隔离膜的锂离子电池。

背景技术

自上个世纪90年代问世以来，锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高和无环境污染等优点而被广泛用于为摄像机、笔记本电脑、便携式DVD、数码相机等各种移动设备提供能源，被誉为“绿色高能环保电池”。

但是，液态锂离子电池存在着很大的安全隐患：由于使用易燃的液态有机溶剂作为电解液，当电池滥用或者发生电解液渗漏时，电池会发生冒烟、起火甚至爆炸。

为了改善液态锂离子电池的安全性能，现有技术中提出了多种解决方案，其中，使用凝胶聚合物电解质是解决锂离子电池安全性问题的最好办法：因为凝胶聚合物电解质采用聚合物作为基体，可将液态的有机溶剂吸附在基体上形成凝胶，有效避免了电解液的渗漏。迄今为止，现有技术中已揭示了多种用作凝胶聚合物电解质基体的聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)和聚氯乙烯(PVC)等。但是，由这些基体得到的凝胶聚合物电解质是使用同一种单体聚合而成，通常不具有良好的综合性能，无法同时满足机械强度、离子电导率和界面稳定性的要求。

共聚物综合了各个单体的优点，通常表现出较好的综合性能，加之用多孔基板作为聚合物的支撑体，制得的隔离膜具有良好的机械强度，为锂离子电池的产业化提供了坚实的基础。

现有技术中已经揭示了多种以共聚物作为凝胶聚合物电解质基体的技术，如于2003年1月23日申请的中国发明专利申请CN 03100742.2和于2008年8月14日申请的中国发明专利申请CN 200810048815.1就分别揭示了凝胶聚合物电解质及其制备方法，并获得了理想的离子导电率(＞10^-3S.cm^-1)。但是，根据上述现有技术获得的凝胶聚合物电解质仍然不能同时具备理想的离子电导率、机械强度和界面稳定性。

有鉴于此，确有必要提供一种具有理想离子电导率、机械强度和界面稳定性的聚合物隔离膜。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有良好离子电导率、机械强度和界面稳定性的聚合物隔离膜。

为了实现上述目的，本发明提供了一种聚合物隔离膜，其包括：(a)多孔基板和(b)分布在多孔基板上的聚合物涂层，聚合物涂层中的聚合物含有单体甲基丙烯酸甲酯、单体乙酸乙烯酯、低聚物聚乙二醇二丙烯酸酯的混聚物，或单体甲基丙烯酸甲酯、单体乙酸乙烯酯、低聚物聚乙二醇双甲基丙烯酸酯的混聚物，或前述两种混聚物的混合物。

相对于现有技术，本发明聚合物隔离膜具有以下优点：聚合物聚(甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯-聚乙二醇二丙烯酸酯)或聚(甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯-聚乙二醇双甲基丙烯酸酯)的甲基丙烯酸甲酯中含有羰基，羰基与碳酸酯类的非水溶剂中的氧相互作用很强，吸附液体电解质的能力强，且与锂电极界面的稳定性好；乙酸乙烯酯具有良好的粘结性，可以增强凝胶聚合物电解质和阴、阳极之间的粘结，减少界面电阻；低聚物聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇双甲基丙烯酸酯具有较多的双键，为聚合反应提供更多的链交联点，使聚合反应向着共聚的方向进行，得到的聚合物电解质具有较好的机械强度。以上述聚合物制备得到的聚合物隔离膜具有较好的孔洞结构和机械性能，将聚合物隔离膜浸泡在电解液中形成凝胶聚合物电解质并组装成电池，电化学测试表明，聚合物电解质有良好的离子传输性能和电化学稳定性能。

作为本发明聚合物隔离膜的一种改进，所述聚合物涂层中，单体甲基丙烯酸甲酯、单体乙酸乙烯酯、低聚物聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为9∶1∶1～9∶1∶5，或单体甲基丙烯酸甲酯、单体乙酸乙烯酯、低聚物聚乙二醇双甲基丙烯酸酯的质量比为9∶1∶1～9∶1∶5。

作为本发明聚合物隔离膜的一种改进，所述聚合物涂层中掺杂有纳米或微米级的无机颗粒，无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锡、氧化钙、碳酸钙、钛酸钡、磷酸钛锂、稀土、粘土、沸石或其组合。

作为本发明聚合物隔离膜的一种改进，在所述聚合物涂层中，所述无机颗粒与所述聚合物的质量比为1∶10～2∶1。

作为本发明聚合物隔离膜的一种改进，所述多孔基板为单层的聚乙烯微孔膜、单层的聚丙烯微孔膜、多层复合的聚乙烯和聚丙烯微孔膜，或无纺布。

作为本发明聚合物隔离膜的一种改进，所述聚合物涂层通过印刷、喷涂、涂布或浸泡处理在多孔基板的任意一面或双面。