[发明专利]一种锂离子电池凝胶态聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种无纺布支撑体支撑的锂离子电池凝胶态聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池被广泛用于可携带的能源装置中，但是它的安全性问题急需要解决，特别是用在动力锂离子电池中时。安全性问题主要是由液态可燃的电解液引起的，这个问题可以通过使用固态聚合物电解质来解决。但是固态电解质的离子电导率不能满足锂离子电池大电流充放电的性能。凝胶聚合物电解质(GPE)结合了液态电解质和固态电解质的优点，在室温下的离子电导率达到10^-3S.cm^-1，被认为是解决液态锂离子电池安全性问题最合适的方法。虽然通过在凝胶聚合物中添加液态的有机溶剂作为增塑剂可以解决固态锂离子电池低的离子电导率的问题，但是低的机械强度仍然满足不了高速运转的电池制造工艺。再者，凝胶聚合物锂离子电池至今未能完全产业化的一个很重要的原因是制造成本太高，尤其是靠进口垄断的隔膜加剧了这个进程。

为了进一步提高GPE的综合性能(离子电导率及机械强度)，使用无纺布支撑体支撑聚合物隔膜是非常必要的。公开号为CN101220170A的中国发明专利申请公开了“一种聚烯烃膜支撑凝胶聚合物电解质的制备方法”；公开号为CN101070398A的中国发明专利申请公开了“一种聚烯烃微孔膜支撑凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法”。已公开的这两个专利(申请)的离子电导率偏低，刚刚达到10^-3S.cm^-1，使用进口的支撑体支撑，成本也较高，难于应用于锂离子的工业化生产，而且，电化学稳定窗口、机械强度、充放电稳定性等其它的电化学性能也有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种生产成本低、离子电导率高、机械强度好、热稳定性和化学稳定性好的锂离子电池凝胶态聚合物电解质。

本发明的另一目的在于提供一种上述凝胶态聚合物电解质的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述凝胶聚合物电解质在锂离子电池中应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种锂离子电池凝胶聚合物电解质的制备方法包括下述步骤：

(1)制备凝胶液体将单体丙烯腈(AN)和乙酸乙烯酯(VAc)混合，通过乳液聚合得到共聚物聚丙烯腈-乙酸乙烯酯P(AN-VAc)，将P(AN-VAc)及纳米颗粒按质量浓度0.5～5％加入到溶剂中，纳米颗粒的加入量为聚合物质量的5～20％，完全溶解后得到粘稠的凝胶液体；

(2)涂布将无纺布支撑体浸泡于步骤(1)制得的凝胶液体中，10～20分钟后取出；

(3)相转移将涂布聚合物的无纺布支撑体聚合物膜在去离子水中引发相转移。所述相转移是将聚合物膜通过外力，将其拉至去离子水中，聚合物膜中的溶剂和去离子水发生交换，去离子水将溶剂替换出来，水就进入溶剂占据的位置，干燥后形成多孔的隔膜，这个交换溶剂和去离子水的过程称为相转移。

(4)干燥将步骤(3)得到的聚合物膜在80～100℃下干燥移除残余的溶剂，得到无纺布支撑体支撑的锂离子电池凝胶聚合物膜；

(5)浸泡将步骤(4)得到的无纺布支撑体支撑的锂离子电池凝胶聚合物膜迅速浸泡在电解液中1～2小时，即得到无纺布支撑体支撑的锂离子电池凝胶态聚合物电解质；

所述无纺布支撑体为聚乙烯PE、聚丙烯PP或者两者的复合物；

所述溶剂为丙酮、N-N二甲基甲酰胺、四氢呋喃任意一种或者它们中任意两种或以上的混合物；

所述纳米粒子为SiO₂、Al₂O₃、SnO₂、TiO₂、LiAlO₂、CeO₂、Fe₃O₄、CaO、CaCO₃、BaCO₃、稀土、粘土、沸石中任意一种或任意几种混合物。

为更好的实现本发明，优选以下条件：

所述单体丙烯腈(AN)和乙酸乙烯酯(VAc)的摩尔比为(1～9)∶(9～1)。