[发明专利]一种新型具有互穿网络结构凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶聚合物电解质，尤其是一种适用于聚合物锂离子电池的凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物锂离子电池(又称高分子锂电池)，具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化和高安全性等多种明显优势。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池；在安全性上，聚合物电解质的柔顺性极大改善了电极在充放电过程中对压力的承受力，降低与电极的反应性，不易腐蚀，避免内压产生，爆炸可能性减小，同时聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会像液体电液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。此外，外包装为铝塑复合薄膜包装，从而可以提高整个电池的比容量，不同于液态锂电的金属外壳，内部质量隐患可立即通过外包装变形而显示出来，一旦发生安全隐患，爆炸可能性减小，安全性能大大提高。

目前凝胶聚合物锂离子电池的生产虽已经具有规模，但仍存在着两个方面的主要问题：一是在电池性能方面凝胶电解质的电导率与液态电解质相比仍然偏低，快速充放电性能和低温性能较差。二是在目前凝胶电解质的制备方法中，不论溶液浇铸成膜法还是美国Bellcore法，共同的问题都是制造工序烦琐，工艺相当复杂，生产成本高。如中国专利200610123986.7涉及到一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制备方法及其应用，采用成膜制备聚合物电解质，但是大规模生产较为困难。

发明内容

为了克服已有凝胶聚合物电解质的快速充放电性能和低温性能较差、不能适应于大规模生产的不足，本发明提供一种快速充放电性能和低温性能良好、适合于大规模生产的新型具有互穿网络结构凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型具有互穿网络结构凝胶电解质，所述凝胶电解质中各个组份的质量百分含量为：

不饱和酯类单体：0～10％；

交联剂：2～8％；

聚合物基质：0～10％；

热引发剂：0.5％～1％；

锂盐电解液：80％～90％；

其中，所述不饱和酯类单体和聚合物基质的含量不同时为0。

作为优选的一种方案：所述锂盐电解液中，锂盐浓度为0.5～2.0mol·L^-1。例如可以选用0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8或2.0mol·L^-1。

进一步，所述不饱和双键酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯中的一种或几种。

R₁＝H，CH₃

R₂＝CH₃，CH₂CH₃，CH₂CH₂CH₃，(CH₂)₃CH₃

(I)

再进一步，所述交联剂为聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。

n＝0～10

R₁＝H，CH₃

R₂＝H，CH₃

(II)

当然，也可以是其他能够使得不饱和酯类单体和聚合物基质起到交联作用的交联剂，例如：烯丙醚系类多官能团化合物。

所述聚合物基质包括聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯、聚乙烯基吡啶、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或几种。

所述热引发剂是过氧化苯甲酰或者是偶氮二异丁腈。偶氮二异丁腈为优选的热引发剂。热聚合采用分步聚合的方法，原因是因为凝胶中未反应的单体和引发剂会影响凝胶聚合物电解质的离子电导率和聚合物的稳定性，采用的改进的方法是分步聚合，先在50℃～60℃预聚合，最后温度升高至75～90℃，目的是为了使未反应的单体和引发剂彻底消耗，可减少充放电过程中电解质内副反应的发生，确保电池在使用过程中具有稳定的性能。