[发明专利]一种凝胶聚合物电解质的制备方法及锂离子电池

说明书

一种凝胶聚合物电解质的制备方法及锂离子电池，电解质的制备步骤如下：将聚碳酸酯单体与羧基或羟基聚碳酸酯单体进行聚合反应，得到聚合物A；将可凝胶聚合物单体、烯酸单体、聚乙二醇丙烯基单体和功能聚合物加入溶剂中，并加入引发剂进行引发反应，得到聚合物B；将聚合物A(可选的)和聚合物B加入溶剂中，选择性加入羧基交联剂并混合均匀，得到聚合物混合体系；将羟基交联剂加入聚合物混合体系中并混合均匀，将得到的混合液均匀涂布在模具上，在真空干燥箱内惰性气体氛围下在进行交联反应；反应结束后，在惰性气体氛围下真空干燥，得到凝胶聚合物电解质膜。本发明的聚合物电解质的相容性及机械强度良好且室温离子电导率高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、放电电压高、循环寿命长、无记忆效应等优点，目前在消费电子、新能源汽车、医疗电子、储能领域等方面获得广泛应用。近年来，很多新兴技术领域对可充放电电池的能量密度和安全性能不断提出新要求和期望，但是常规的锂离子电池通常使用液态电解质，存在安全性能差、能量密度低等问题，限制了其应用和发展。

半固态电池主要由正极、凝胶聚合物电解质和锂负极构成，半固态电池同时具备了全固态聚合物电池的高安全性能和高能量密度的优点，以及液态锂离子电池的放电电压高、无记忆效应的优点。半固态电池的关键材料是凝胶聚合物电解质，凝胶聚合物电解质是介于全固态聚合物电解质和液态电解质之间的一种状态。凝胶聚合物电解质一般由增塑剂和聚合物构成，聚合物在凝胶聚合物电解质中主要起结构支撑作用。

凝胶聚合物电解质中常用的聚合物主要有聚甲基丙烯酸甲酯系、聚丙烯腈系、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚醚系等。聚偏氟乙烯具有成膜性好、介电常数大等优点，目前已经在工业上得到运用，但是成本较高。聚醚系主要以聚氧化乙烯为主，由于聚氧化乙烯通常在电解液中具有较高的溶解度，该体系凝胶聚合物电解质的力学性能较差。聚甲基丙烯酸甲酯系价格低廉、电化学稳定性好，与电解液亲和性好，在电解液中溶解度大，但力学性能硬且脆柔韧性差。聚丙烯腈系作为最早被研究的凝胶聚合物电解质，由于分子链中不含氧原子，所含氮原子与锂离子作用较弱，导致其锂离子迁移数较大，但是由于其具有强结晶性和具有强极性基团，存在金属锂相容性差、当温度上升时电解液容易析出等问题。

由于单一的凝胶聚合物电解质已经满足不了越来越多样化的锂离子电池市场需求，为提升各个材料的性能，人们提出了采用分子设计方法制备功能凝胶聚合物电解质。如专利号为201610270636.7的中国发明专利采取将苯乙烯/异戊二烯/丙烯酸甲酯嵌段共聚物制备交联膜，吸液后得到凝胶聚合物电解质，并组装磷酸铁锂半电池，但是该凝胶聚合物存在吸液率低、电导率低等问题。申请号为201611052364.X的中国发明专利申请采用二缩三丙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯为聚合物制备交联凝胶聚合物电解质，负极采用硅碳材料或碳锡材料并组装电池，但是由于未采用锂负极，组装的电池与现有的液态锂离子电池性能并不突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凝胶聚合物电解质的制备方法及使用该电解质的锂离子电池，所制备的聚碳酸-聚醚锂离子电池凝胶聚合物电解质具有电导率高、机械强度良好与锂负极相容性好的特点。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

将5～70质量份的聚碳酸酯单体与0.5～6质量份的羧基或羟基聚碳酸酯单体进行聚合反应，得到聚合物A；

将10～80质量份的可凝胶聚合物单体、0～6份烯酸单体、0～5质量份的聚乙二醇丙烯基单体和0～10质量份的功能聚合物加入100～300份溶剂中，持续通惰性气体并搅拌，然后加入0.05～1质量份引发剂、0～5质量份填料，进行引发反应，得到聚合物B；