[发明专利]聚合物膜、凝胶聚合物电解质和聚合物锂电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体的说，本发明涉及一种聚合物膜凝胶聚合物电解质和聚合物锂电池及其制备方法。

背景技术

聚合物锂电池近来颇受青睐，发展非常快速，成为各大手机、笔记本电脑等移动电子设备厂商的首选，并逐渐被用作一些大型动力装置的电源。作为锂离子二次电池的一种，聚合物锂电池秉承了锂离子二次电池的优点，其比能量密度高、无记忆效应、清洁无污染、使用寿命长、使用电压高。电极材料、电解质中任一种为聚合物材料的锂离子电池称为聚合物锂离子电池。基于电解质的形态，可将聚合物电解质分为全固态聚合物电解质（简称SPE）和凝胶聚合物电解质（简称GPE）。由于SPE的室温电导率到目前为止，还不能达到10^–3S/cm的水平，因此在一般的锂离子电池还不能得到实际应用。在这样的背景下，作为液体电解质与全固态聚合物电解质的折中产物，产生了GPE。

与SPE相比，GPE具有更大的离子电导率和更小的界面阻抗，其主要由聚合物和非水电解液组成，其中，非水电解液吸附在聚合物孔隙中或者溶胀于聚合物本体中。为了获得比较高的电导率，聚合物需吸附足够量的非水电解液。

目前，一方面可以使用高亲液性的聚合物，即聚合物与非水电解液相容性好，可以被非水电解液溶胀，直至溶解，但此种GPE的力学强度较低。另一方面可以先制备孔隙率高的聚合物膜，非水电解液分布在孔隙和聚合物本体中，从而可提高电导率。因而，由于高孔隙率，可以选择能被非水电解液部分溶胀，甚至完全不溶胀的聚合物，作为GPE的基体，吸附电解液后的GPE既具有高电导率，还具有较好的力学强度。例如现有技术中公开了一种制备凝胶电解质用聚合物膜的制备方法，通过将两种聚合物混合溶解于同一种有机溶剂中，得到均一分散体系，然后通过静电纺丝制备薄膜，再用溶剂除去薄膜中的其中一种聚合物组分，从而得到高孔隙率的纤维膜。但通过该方法制备得到的纤维膜的力学强度非常低，吸附电解液后形成的GPE的力学强度达不到电池使用要求。

发明内容

本发明解决了现有技术中采用共混方法制备高孔隙率纤维膜以及采用该纤维膜的GPE存在的力学性能较差的技术问题，提供一种新型结构的的兼具高孔隙率和高强度的聚合物膜。

具体地，本发明的技术方案为：

一种聚合物膜，所述聚合物膜由以下步骤制备得到：

S1、将两种不同的聚合物A、聚合物B分别配制成溶液，然后通过双通道同时静电纺丝，得到纺丝膜F；其中聚合物A选自聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚苯乙烯、环氧树脂、聚二氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种，聚合物B选自聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯中的任意一种；

S2、将纺丝膜F浸泡于选择性溶剂中，除去纺丝膜F中的聚合物B，得到所述聚合物膜；所述选择性溶剂为能溶解聚合物B、而微溶或不溶解聚合物A的溶剂。

一种凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质由聚合物膜吸收电解液后溶胀形成，所述聚合物膜为本发明提供的聚合物膜。

一种聚合物锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极、隔膜和凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质位于正极和负极之间，所述凝胶聚合物电解质为本发明提供的凝胶聚合物电解质。

所述聚合物锂离子电池的制备方法，包括先将聚合物膜、隔膜和聚合物膜以三层叠放的方式隔开正极和负极，然后整体层叠或卷绕成极芯，往极芯中注入电解液，封口后得到所述聚合物锂离子电池。

本发明提供的聚合物膜，其通过双通道静电纺丝而成，因此得到的聚合物膜具有完全相互贯通的孔和大的比表面积，能为锂离子的传输提供有效通道，特别适合用于微孔凝胶聚合物电解质的基体，可极大地提高凝胶聚合物电解质的离子电导率。同时，本发明提供的聚合物膜，其在静电纺丝时采用两个喷源同时进行纺丝，即聚合物A与聚合物B形成的纤维丝交替叠加，双通道静电纺丝完成后得到微观网状薄膜，然后通过选择性溶剂去除其中的聚合物B纤维丝，在薄膜中形成孔隙，同时又不会对聚合物A纤维丝造成影响，保证所得到的多孔聚合物膜仍具有良好的力学性能。采用本发明提供的聚合物膜的凝胶聚合物电解质，其离子电导率和安全性能都大大提高。而采用该凝胶聚合物电解质的聚合物锂离子电池，其离子电导率高、安全性大大提高、充放电性能良好、可抑制锂枝晶的生成、不漏液。    

附图说明

图1是实施例1中纺丝膜F1的放大倍率为5000的SEM图。

图2是实施例1中聚合物膜M1的放大倍率为5000的SEM图。    

具体实施方式