[发明专利]锂离子电池用复合聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合聚合物电解质及其制备方法，特别是一种锂离子电池用复合聚合物电解质及其制备方法。

背景技术                                                               

锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、无记忆效应、环境友好等特点，是一种具有很好的经济效益、社会效益和战略意义的绿色化学电源备受学术界和产业界瞩目。自20世纪90年代中期实现商品化以来，已被广泛应用于移动通讯、数码产品、航空航天等各个领域，并被认为是最有希望的电动汽车动力电池。但由于锂离子电池使用易燃、易挥发、反应活性高的有机液体电解液存在诸多由此引发的安全问题。比如，液体电解液的主要成分为碳酸酯，闪点很低、沸点也较低，在一定条件下会燃烧甚至爆炸。目前，解决的方法是采用其他电解质材料来代替有机液体电解液，比如聚合物电解质、锂导电陶瓷固体电解质等，通过降低电解质与电极的反应活性等提高锂离子电池的安全性能。

聚合物电解质是通过在聚合物基体中添加锂盐，锂离子在聚合物基体中的定向移动实现离子传导的一类电解质材料，由于聚合物材料具有较好的粘弹性和可塑性，易于加工，且成本较低，成为一类最有可能替代有机液体电解液的电解质材料。在聚合物电解质中添加无机填料制备有机无机复合聚合物电解质可以通过与聚合物链段形成以填料为中心的物理交联网络体系，增强聚合物分散应力的能力，提高聚合物电解质的机械性能及热稳定性。另外，填料中的阳离子可以充当路易斯酸，与Li⁺竞争，代替Li⁺与聚合物链段上的O等基团发生路易斯酸碱作用，不仅抑制了聚合物的重结晶、降低了聚合物的结晶度，另外，这种竞争还促进了Li盐的解离，增大了自由载流子的数目。而填料上的O等则充当路易斯碱，与路易斯酸Li⁺发生相互作用，形成填料/Li⁺富相，并形成了Li⁺迁移的新通道。因而获得较高的室温离子电导率和Li⁺迁移数。无机填料的加入还会起到稳定电解质/电极界面的作用，这是因为无机粉末会捕捉残留在电解质中的杂质，如氧气、痕量的水等，以保护锂电极。对凝胶型聚合物电解质而言，无机填料的加入还会提高其保液能力，防止液体电解质的渗漏。研究表明，填料的作用还与其粒径有很大关系，由于纳米粒子的比表面积大，可以与聚合物产生更为充分的相互作用。因此，颗粒小、比表面积大的纳米粒子较之微米粒子效果更好。但是，纳米粒子具有较高的比表面能，在聚合物中易于团聚，从而丧失纳米粒子的功效。因此，改善纳米填料与聚合物相容性研究，解决纳米粒子的团聚问题在对于复合聚合物电解质的实际应用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的问题，提供一种锂离子电池用复合聚合物电解质。

本发明的目的之二在于提供该电解质的制备方法。

为达到上述目的，本发明构思是：预先将纳米填料进行表面改性，通过在纳米填料表面包覆一层与聚合物基体及液体增塑剂相容性较好的有机改性层，再将改性纳米填料分散到聚合物基体中，制备有机无机复合聚合物电解质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池用复合聚合物电解质，其特征在于该电解质以聚合物为基体，其中均匀分散有改性纳米填料而形成的有机无机复合型聚合物电解质；所述的改性纳米填料为：纳米氧化物、铁电性粉末或含锂化合物，其质量占聚合物质量的0.5%-30%；所述的聚合物为：聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物以及它们的共混、共聚体系。

上述的纳米氧化物有：TiO₂、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、SnO₂；所述的铁电性粉末有：BaTiO₃；所述的含锂化合物有：LiAlO₂、Li₃N。

上述的纳米氧化物粒径在5～100nm。