[发明专利]凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池，尤其涉及到具有高度离子传导性的高分子凝胶电解质及其使用该凝胶为电解液的锂离子二次电池。

背景技术

由于锂离子电池具有重量轻，氧化还原电位低，质量能量密度大，因此成为最具有优势的新型替代能源。在使用以有机溶剂电解液的锂离子二次电池中，为防止电解液泄漏或短路事故，必须全封闭电解液，或设有可防止因冲击引起事故的坚固外壳，基于这一原因，使得锂离子电池难以轻量化。为改进其缺点，就需要将电解液固体化。而固体化的方法之一，就是采用凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池。但是，现有技术的物理凝胶由于其高分子间彼此依靠物理性相互作用所形成的凝胶，在高温时会液化，耐热性非常差。

改善此耐热性的方法，可有效利用具有因共有键形成三次元构造的交联高分子。但是，这种凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池在离子传导性和安全性方面仍然不足。具有复数乙烯基的高分子或低分子，经加热以自由基聚合成为交联高分子的凝胶化方法，因使用过氧化物化合物或偶氮化合物为触媒，在生成的凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池中不免残存有未反应触媒或触媒分解生成物。这些残存物在凝胶中变化，成为凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池的离子传导性降低的原因之一。

使用偶氮化合物还会因分解时发生氮气，所以凝胶中就产生了难以去除的气泡，以致离子传导性降低。另外，离子流动会偏移，而有过热的可能性。使用过氧化物化合物时，由于使凝胶化，在自由基聚合之时，如有冲击或摩擦就可能引起爆炸，处理时必须小心注意。过氧化物化合物若未反应即原般残留凝胶中，在产品使用上也有安全性的问题。

在同样利用自由基聚合形成交联高分子的凝胶化方法中，使用苄基二甲基缩醛等光引发剂，利用光照射成为安联高分子时，不会因分解而产生气体或爆炸的危险，因此无前述问题。可是，利用光照射成为交联高分子的凝胶化方法适用于锂离子二次电池时，由于下述制造步骤的限制，产生不利的影响。

例如，利用加热成为交联高分子的凝胶化方法，可先在组合的电池注入凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池的母质溶液，然后凝胶化。以此方法凝胶化时，凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池与电极接触良好，界面电阻也受到抑制。但是，利用光照射的凝胶化方法，光无法照射到电池内，注入后无法凝胶化。必须把预先制成的凝胶与电极贴合，结果，凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池和电极间的界面电阻加入，致使离子传导性下降。

另外，上述凝胶化方法造成离子传导性降低，在0℃以下低温时更为明显，用于此等方法的锂离子二次电池，在寒冷地区则使用困难。

如上所述，利用加热进行自由基聚合的凝胶化方法，来自凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池中残留解媒的杂质，对离子传导性或安全性有不良影响。而利用光照射的自由基聚合的凝胶化方法，基于光照射的限制，在电池的界面电阻会加大，以致离子传导性降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种离子传导性能较现有技术的凝胶更为优异的凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池，以及该凝胶的制造方法。本发明所要进一步解决的技术问题是：提供一种使用该凝胶为电解液的锂离子二次电池的制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池的技术方案是：所述凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池是由一分子中具有二个以上的含环氧基高分子，以支持电解质为触媒进行环氧环的开环交联反应所得交联高分子，以及前述支持电解质和有机溶剂组成的凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池，上述占凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池的2％-20％重量。上述含环氧基高分子，是一分子中含有乙烯基和环氧基的单体为必要成份聚合所得，且不含有锂以外的金属离子。上述凝胶聚合物电解质及其高容量锂离子动力电池内，其电解质溶胶内含有四氟硼酸锂或者六氟磷酸锂的离子性化合物。

本发明解决其技术问题所采用锂离子二次电池的制备工艺是：

负极片的制备：将适量聚偏1，1-二氟乙烯溶解于N-甲替-2呲咯烷二酮，然后加入乙炔黑，最后加入石墨粉，经高速搅拌均匀，真空或静置除气后制成浆状的负极浆料。将负极浆料涂布在14微米厚的锂箔的两个表面上。在120℃下干燥除去溶剂N-甲替-2呲咯烷二酮，电极带的厚度控制在160±10微米。电极带经辊压后的厚度控制在90±5微米。