[发明专利]聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法与锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。本发明还涉及采用该聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜所制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有体积小、重量轻、高容量、无记忆效应等优点，因而被广泛应用于手机、移动电话、军事以及电动汽车等领域。

锂离子电池电解液分为有机液体电解液和聚合物电解质。目前广泛使用的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小、可任意形状化等优点而被研究者所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低（10^-5～10^-4s/cm），使用应用受到限制，因而凝胶聚合物电解质（也称凝胶聚合物电解质膜）成为研究重点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法与采用该聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜组装而成的锂离子电池。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括如下步骤。（a）制备聚氯乙烯基凝胶聚合物薄膜：在惰性气体保护下，将聚氯乙烯、有机溶剂和造孔剂按质量比10：30~50：1~2搅拌，混合均匀得粘液，浇注于隔膜上流延成膜，真空干燥后得所述聚氯乙烯基凝胶聚合物薄膜；（b）制备聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜：将干燥好的所述聚氯乙烯基凝胶聚合物薄膜在惰性气体保护下浸入到锂盐电解液中10～60min，然后取出得到聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜。

在所述步骤（a）中，所述有机溶剂为环己酮、二氯乙烷或四氢呋喃；所述造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素；所述搅拌时间为3～8小时；所述隔膜是聚丙烯无纺布隔膜；所述真空干燥温度为90～120℃、时间为24～48h。

在所述步骤（b）中，所述的锂盐电解液的浓度为0.5～1.5mol/l，所述锂盐电解液的溶质为四氟硼酸锂、溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯，其中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯的体积比为2:5:1。

本发明还包括利用上述制备方法制得的聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜。

上述聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜可组装成锂离子电池，该锂离子电池包括正电极、负电极、以及所述正负电极之间的电解质膜，所述正电极包括集流体以及涂敷在该集流体上浆料，所述的电解质膜为上述的聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜，所述浆料由磷酸铁锂、乙炔黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按质量比9:0.5:0.5:20搅拌混合而成。

本发明通过造孔剂碳酸铵、碳酸氢铵或尿素在90～120℃的干燥过程中分解产生二氧化碳、氨气等气体，这些气体在聚氯乙烯中起到造孔的作用而形成多孔结构的凝胶型聚合物电解质膜，这种多孔结构的凝胶型聚合物电解质膜更有利于吸附电解液，从而提高电导率。

凝胶型聚合物电解质膜的导电机理既有聚合物链段运动对锂离子的传递作用，又有锂离子在增塑剂提供的液态微相中的迁移。

本发明所制备的聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜的优点在于：1、本发明通过造孔剂在聚氯乙烯基凝胶聚合物上造孔，能有效地提高凝胶聚合物电解质膜的电导率，将该凝胶聚合物电解质膜组装成锂离子电池后，锂离子电池的比容量也得以提高。2、本发明制备的聚氯乙烯基凝胶聚合物电解质膜和目前商品化的有机液体电解质（易燃、易挥发、热稳定性不好等）相比具有较好的稳定性和安全性。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。以下实施例是用于说明本发明，以指导本领域技术人员实现本发明，本实施例不以任何方式限制本发明。