[发明专利]一种锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法，聚合物电解质膜包括30～70wt％的聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物、1～20wt％的聚甲基丙烯酸乙酯、15～50wt％的碳酸乙烯酯和8～20wt％的锂盐。相比于现有技术，本发明的聚合物电解质膜的离子电导率较高，在20℃条件下的最佳电导率可达2×10^‑2S/cm，并在较宽温度范围内(10～60℃)保持较高电导率；而且本发明在聚合物电解质膜中引入了PEMA，聚合物电解质膜的热稳定性高；除此之外，本发明通过共混溶液浇筑的方式制备聚合物电解质膜，得到的聚合物电解质膜孔隙率较高，有利于锂离子的快速传导。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

近年来，聚合物电解质由于具备较高的离子电导率、较高的安全性和设计灵活等特性，在便携式电子设备、动力电池等高能比应用场合得到广泛关注。

目前，凝胶聚合物电解质的聚合物基体主要有聚偏氟二乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。其中，含氟聚合物由于其良好的电化学稳定性和对电解质溶液的亲和性，在锂金属/锂离子聚合物电池中被广泛应用。与PVDF、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯(PTFE)等含氟聚合物相比，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)因其较高的介电常数、较低的结晶度和较低的玻璃化转变温度，可有效提高锂盐在聚合物基体中的溶解能力。

将不同性能的聚合物共混是制备具有高离子电导率、机械力学稳定性、热稳定性和电化学相容性的一种有效途径。目前，已报道的共混型PVDF-HFP聚合物电解质有PVDF-HFP/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(M.Usha Rani等,Int.J.ChemTech Res.,2013,5,1724–1732)、PVDF-HFP/聚偏氯乙烯(PVC)(N.H.Basri等,ECS J.Solid.State.Sci.Technol.,2009,17,63–72)、PVDF-HFP/聚醋酸乙烯酯(PVAc)(M.Ulaganathan等,Ionics,2010,16,667–672)等。虽然这些聚合物与PVDF-HFP共混后提高了热稳定性，但是也降低了共混物的离子电导率。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池聚合物电解质膜，具有较高的电导率和孔隙率，有利于锂离子的快速传导。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池聚合物电解质膜，包括30～70wt％的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、1～20wt％的聚甲基丙烯酸乙酯、15～50wt％的碳酸乙烯酯和8～20wt％的锂盐。

作为本发明所述的锂离子电池聚合物电解质膜的一种改进，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重均分子量为200000～600000，以保证聚合物电解质膜具有一定的力学强度和孔隙率。重均分子量过小，力学强度过低，聚合物电解质膜的耐热性降低，同时可能导致不能成膜；而重均分子量过大，一方面会导致聚合物在溶剂中溶解困难，不易加工浇筑，另一方面会导致成膜孔隙率降低。

作为本发明所述的锂离子电池聚合物电解质膜的一种改进，所述聚甲基丙烯酸乙酯的重均分子量为100000～700000。聚甲基丙烯酸乙酯具有较高的离子电导率和介电常数，作为增塑剂加入到聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中。重均分子量过小，将导致制备的聚合物电解质膜玻璃化转变温度降低，耐热性变差；重均分子量过大，导致聚甲基丙烯酸乙酯离子电导率降低，影响锂离子传输。

作为本发明所述的锂离子电池聚合物电解质膜的一种改进，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双草酸硼酸锂中的一种或几种。

作为本发明所述的锂离子电池聚合物电解质膜的一种改进，所述聚合物电解质膜的厚度为0.1～1mm。