[发明专利]一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质、该电解质的制备方法及其在锂离子电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质，还给出了该电解质的制备方法，以及该电解质在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

传统锂离子电池的能量密度低、电解液易于泄露，因此易引发安全事故。近年来兴起的凝胶聚合物电解质，其离子传递速度快，并且其基体能够吸附大量液体电解质、不易发生液体泄漏，因此正在逐渐替代电解液用于锂离子电池中。

目前，锂离子电池用的凝胶聚合物电解质主要有聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物，其机械性能好。但是，聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物与电解液的亲和性差，吸附液体电解质的能力弱，容易造成电池液体泄漏，而且上述两类凝胶聚合电解质与电极间的界面电阻大，无法与电极稳定相容。

为了克服聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物凝胶聚合物电解质的上述缺点，有采用聚甲基丙烯酸甲酯对上述两类物质进行改性的。如中国专利文献CN102013516A公开了一种多孔纤维凝胶聚合物电解质及其制备方法，由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纳米二氧化硅和液体电解质共混组成，采用静电纺丝法制作得到。该技术中的凝胶聚合物电解质离子传导率高、机械性能好，吸纳电解液的能力和与电极的相容能力相比单纯的聚偏氟乙烯物质具有一定提高；但由于该凝胶聚合物电解质仍然是以聚偏氟乙烯为基体，其吸纳电解液能力和与电极的相容性仍然不够，而且上述技术中的凝胶聚合物电解质在使用一段时间后会发生严重的相分离问题，导致电池的使用性能降低。

由于上述以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物为基体的凝胶聚合物电解质均存在吸纳电解液能力低和与电极相容性差的缺点，因而有研究者考虑采用全新的物质体系作为锂离子电池的电解质成分。由于聚丙烯酸酯类物质与锂离子电池的常用电解液具有相似的官能团，其吸纳电解液的能力强，而且聚丙烯酸酯类的官能团与电极组分亲和性好，使得聚丙烯酸酯类与电极间界面阻抗低、相容性好，因而使得聚丙烯酸酯类聚合物作为锂离子电池凝胶聚合物电解质基体的研究颇受关注。如中国专利文献CN1317512A公开了一种凝胶态锂离子聚合物电解质材料及电池的制备方法，以丙烯酸酯系列衍生物为单体，其和交联剂在热引发剂引发下通过热化学交联方法形成聚丙烯酸酯，聚丙烯酸酯进一步与电解液形成聚丙烯酸酯凝胶类凝胶聚合物电解质，可作为锂离子电池的电解质使用。

上述技术成功地将聚丙烯酸酯类聚合物作为锂离子电池凝胶聚合物电解质的基体使用，克服了本领域一直以来以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物为凝胶聚合物电解质基体时，所存在的吸纳电解液能力低和与电极相容性差的缺点；但是由于上述技术中的聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质本体阻抗偏高，离子电导率低，导致电池在高倍率充放电情况下的极化效应大，电池的使用性能低。

对于如何降低聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的本体阻抗，从而提高以聚丙烯酸酯类物质作为凝胶聚合物电解质基体的锂离子电池的使用性能这一技术问题，本领域技术人员一直找不到适合的解决方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质本体阻抗偏高，导致电池的使用性能低，而且本领域技术人员一直无法找到适合的方法去降低聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的阻抗；而本发明提出一种阻抗低、离子电导率高的由高孔隙率多孔自交联型聚合物膜得到的多孔自交联型凝胶聚合物电解质。

在此基础上，本发明还提出了使用多孔自交联型凝胶聚合物电解质的高倍率性能好的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多孔自交联型聚合物膜，由纯丙乳液和聚氧化乙烯溶液混合、交联形成；所述多孔自交联型聚合物膜的孔隙率为60-90%。

由所述纯丙乳液和聚氧化乙烯溶液混合后静电纺丝并交联得到。

所述纯丙乳液的玻璃化温度为-30-70℃。

所述纯丙乳液的玻璃化温度为-18-60℃。

所述聚氧化乙烯的重均分子量为5万-800万g/mol。

所述聚氧化乙烯的重均分子量为10万-400万g/mol。

所述聚氧化乙烯的重均分子量为20万-200万g/mol。

聚氧化乙烯溶液的固含量为1-50wt%，所述纯丙乳液的固含量为40-60wt%，所述纯丙乳液的固体重量与聚氧化乙烯溶液的固体重量比为1：（0.1-5）。

所述纯丙乳液的固体重量与聚氧化乙烯溶液的固体重量比为1：（0.5-3）。

所述聚氧化乙烯溶液的固含量为2-20wt%。

膜厚度为0.01-110μm。