[发明专利]凝胶聚合物电解质动力电池

说明书

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质动力电池,包括负极、正极、凝胶聚合物电解质和隔膜，负极活性物质层包括石墨和分散于石墨的缝隙内的复合材料，正极活性物质层包括NCA、NCM、富锂锰材料中的至少一种；凝胶聚合物电解质包括液态电解液、聚合物单体和引发剂；聚合物单体为TPGDA和PETEA中的至少一种。相对于现有技术，本发明通过正极材料、负极材料和凝胶聚合物电解质的合理且巧妙的配搭，通过几者的相互作用，协同增效，能够得到具有高的能量密度、优异的电化学性能和高安全性的凝胶聚合物电解质动力电池。尤其的，本发明的凝胶聚合物电解质能够对正极材料起到良好的保护作用，从而提高其电化学性能和安全性。

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种能量密度高、电化学性能优异和安全性好的凝胶聚合物电解质动力电池。

背景技术

城市气候不断恶化，雾霾污染严重，严重危害人们的健康，发展新能源电动汽车成为减少城市污染的必然选择。电动汽车的规模化应用对锂离子动力电池安全性和能量密度提出了很高的要求。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长的特性而被广泛应用在各类电子产品和电动汽车中。但是，目前锂离子动力电池仍然用液态电解液，液态电解液与正负极具有很强的热反应活性，极易引起电池燃烧和爆炸；另外，动力电池能量密度仍然较低。

动力电池一般包括正极、负极、电解液和隔膜等组成部件，其中，在目前所有的负极材料中，硅的理论比容量是最大的，其容量高达4200mAh/g。可是，硅作为负极材料，使用过程中也遇到了非常明显的困难，其并未能在产业中得到广泛应用。影响其应用的主要因素有两个，首先是电池充放电过程当中首次不可逆容量过大，其次，电池循环过程中，硅的体积收缩和膨胀交替进行，剧烈的体积变化将引起电极表面结构的破坏，电池循环性能急剧恶化。如上所述，石墨负极材料同硅比起来，其库伦效率和循环性能均有较大优势。但其理论比容量372mAh/g和硅比起来有相当大的差距。故锂离子电池负极材料制备过程中，往往将石墨和硅制备成复合材料，充分结合两者的优点，该复合材料循环性能比单纯的硅材料好，同时其比容量又比石墨高。通常的做法是通过各种方法用碳材料把硅包裹起来，使其充分分散在碳材料中形成Si/C负极材料。不管是对于传统的石墨负极材料，还是目前最有希望用于高比能量锂离子电池的硅碳负极材料，或者碳锡负极材料，在动力电池使用过程中，因为采用液态电解液，其多多少少会引发包括导电性差、体积膨胀率高、循环稳定性差，并且电极与电解液相容性较差，导致电解液中的LiPF₆分解产生微量的氢氟酸腐蚀硅材料，进而导致在其表面不能形成稳定的SEI膜，从而引起容量的衰减甚至大的安全隐患等问题。为了解决这些问题，除对电极材料本身采取纳米化和复合等优化措施外，动力电池体系这些问题的解决还有赖于新型电解质的开发研究，尤其是凝胶聚合物电解质的研发。

而正极材料中，目前LiCoO₂在商业化锂离子电池中得到了最广泛的应用，是目前产业界最主流的正极材料。然而，LiNiO₂以其良好的层状结构、高比容量、低成本、低毒，成为了下一代有可能在商业化应用上取代LiCoO₂的材料。但是对于LiNiO₂而言，因为高温合成过程中，镍主要会以Ni²⁺的形式而不是Ni³⁺的形式存在，Ni²⁺的存在将会占据层状结构中的Li⁺的位置，这将直接影响电池的锂离子电导率和材料的电化学性能。