[发明专利]一种复合碳酸交联结构凝胶聚合物电解质的制备方法

说明书

一种复合碳酸交联结构凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：将碳酸结构交联剂、可凝胶单体、功能聚合物、无机填料和/或快离子导体与溶剂一起加入反应器，向反应器中持续通惰性气体搅拌，形成均匀的前驱体溶液；向前驱体溶液中加入引发剂，在惰性气体氛围下续搅拌得到混合溶液，将混合溶液均匀涂布在模具上，蒸干溶剂后得到交联聚合物膜，将交联聚合物膜在惰性气体氛围下进行引发反应；引发反应结束后，进行真空干燥，得到凝胶聚合物电解质。本发明将碳酸酯多烯基结构单体作为交联剂与可凝胶单体进行交联共聚，通过引入碳酸交联结构，能有效提升凝胶聚合物电解质的吸液率和电导率。

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。

背景技术

锂离子电池与铅酸蓄电池、镍氢电池、镍隔电池等电池相比，锂离子电池具有电压高、能量密度高、使用寿命长、自放电低、无记忆效应、绿色环保等特点，近年来在动力设备、数码设备等领域得到了广泛应用。锂离子电池主要由正负极片、隔膜和电解质构成，目前市面上的锂离子电池绝大部分采用液态电解质，由于在电池使用过程中可能存在电解液漏夜、易燃和爆炸等风险，限制了锂离子电池的应用范围。目前解决液态电解质安全性问题的主要方法是采用改性材料对现有电解质体系进行改性，但是该方法治标不治本，并未从根本上解决锂离子电池因液态电解质导致的安全问题。

固态锂离子电池一直被认为是最接近实用的下一代锂离子电池，固态锂离子电池采用非液态电解质，能从根本上解决液态锂离子电池的漏液、易燃和爆炸等问题。固态锂离子电池所使用的非液态电解质主要有聚合物电解质、氧化物电解质和硫化物电解质，其中，氧化物电解质的电导率低、界面接触不佳，硫化物电解质存在成本高、生产条件苛刻等问题，因此聚合物电解质成为了非液态电解质的研发热点。

聚合物电解质分为凝胶聚合物电解质和全固态聚合物电解质，凝胶聚合物电解质具有可与液态电解液相媲美的锂离子电导率，并且具有一定的机械性能。目前凝胶聚合物电解质主要包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚醚等体系，一般采用共聚、交联等方法制备，通过致孔吸液后成为凝胶聚合物电解质。聚甲基丙烯酸甲酯体系具有较好的吸液率，但是成凝胶后力学性能差，易溶于电解液中；聚偏氟乙烯体系和聚偏氟乙烯-六氟丙烯体系电负性强，但成膜性以及与锂负极的相容性差，且成本较高；聚丙烯腈体系极性强，但易结晶、力学性能差；聚醚体系吸液率好，但是电化学稳定性差。

为改善凝胶聚合物电解质的性能，专利号为201310476395.8的中国发明专利采用丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈为原料，制备共聚型凝胶聚合物，该体系采用多种可凝胶单体共聚，虽然不同的材料体系各有优点，但各个材料体系的优缺点不能相互兼容，例如苯乙烯力学性能好但是吸液率差，甲基丙烯酸甲酯吸液率好但是易脆，共聚后凝胶聚合物电解质中的电导率与力学性能不能完美兼容，组装的电池循环性能不佳。公告号为CN104393336B的中国发明专利采用纳米二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯为原料，以纳米复合纤维为骨架支撑结构制备纳米复合纤维增强凝胶聚合物电解质，但是该专利只是简单地将聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯和纳米二氧化硅进行物理复合，制备的纳米复合纤维增强凝胶聚合物电解质的电导率相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室温锂离子电导率高和机械强度良好的凝胶聚合物电解质的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种复合碳酸交联结构凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

S1、将0.1～10质量份的碳酸结构交联剂、70～95质量份的可凝胶单体、0～5质量份的功能聚合物、0～50质量份的无机填料和/或快离子导体与溶剂一起加入反应器，向反应器中持续通惰性气体搅拌，形成均匀的前驱体溶液；