[发明专利]超交联有机纳米粒子及其制备方法、改性聚合物膜及其制备方法以及凝胶聚合物电解质

说明书

本发明公开了一种超交联有机纳米粒子及其制备方法、改性聚合物膜及其制备方法以及凝胶聚合物电解质。该超交联有机纳米粒子是将无规共聚有机纳米粒子分散于分散溶剂中，与第一交联剂和催化剂混合交联得到。改性聚合物膜通过将聚合物基材、溶剂和上述超交联有机纳米粒子混合得到的纺丝液静电纺丝制备得到。该凝胶聚合物电解质是将上述制备得到的聚合物膜膜浸入到电解液中，充分吸收电解液后得到。通过该交联方法实现芳香基团的交联，形成超交联网络结构，赋予有机纳米粒子优异的耐热性能，其能够充分分散于聚合物基材中，实现对聚合物膜的改性，进而使通过改性聚合物膜吸收电解液得到的凝胶聚合物电解质具有良好的热稳定性及优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种超交联有机纳米粒子及其制备方法、改性聚合物膜及其制备方法以及凝胶聚合物电解质。

背景技术

传统锂离子电池的组成部件包括正极、负极、隔膜以及电解质。其中，最常用的隔膜材料是聚烯烃，如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)以及PP-PE多层复合隔膜等。商业化的隔膜孔隙率为30％-50％，可以通过湿法和干法制备。隔膜可以为离子转移提供路径并将正极和负极阻隔开来，这类隔膜在高于熔点温度下，能够自动闭孔，限制离子的运动，从而通过阻碍热反应来提高电池的安全性能。但是，高温也同样会使得聚烯烃微孔膜发生严重的尺寸收缩，导致正负极接触，造成电池内部短路，引发爆炸等安全事故。另外，聚烯烃隔膜对电解液的亲和性差，不能被电解液充分溶胀，体系中大量存在的可流动液态电解质，可能导致漏液，引发安全事故。另一方面，聚烯烃隔膜自身所能容纳的电解液较少，这也将阻碍电池性能的提升。目前商业化使用的聚烯烃膜通常采用拉膜法成孔，孔隙率和吸液率低，阻碍了电池性能的进一步提升。而解决上述问题的有效途径就是用聚合物电解质来代替传统的隔膜/电解质体系。

聚合物电解质可分为全固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质。聚合物锂离子电池仅含少量可流动液态电解质，从而大大降低了漏液的可能。全固态聚合物电解质由锂盐和聚合物组成，体系中不含液体增塑剂，避免了电解液泄露的问题，大大提高了安全性能。但目前全固态聚合物电解质的离子电导率太低，无法满足锂离子电池实际使用要求，因此很难发展成为具有应用意义的锂离子电池材料。凝胶聚合物电解质主要由有机溶剂、聚合物以及锂盐组成。作为隔膜/电解液体系到全固态聚合物电解质之间的一个过渡体，凝胶聚合物电解质中的聚合物基体可以通过自身溶胀吸纳电解液，也可以通过微孔结构吸收电解质，从而保证较高的离子电导率。同时，电解质溶液是被束缚在聚合物基体内的，因此体系中可流动的液态电解质大大减少，降低漏液的可能性。凝胶聚合物电解质兼具了液态电解质离子电导率高和全固态电解质安全性高的特点，因而被认为是最具发展潜力的锂离子电池高性能电解质材料。

目前，PVDF、PEO以及PMMA等常被用于凝胶聚合物电解质材料的制备中。但单一材料往往难以满足锂离子电池的综合性能需求，比如纯的PVDF或者PEO制备的凝胶聚合物电解质，由于结晶作用，使得离子电导率大大降低；而使用PMMA得到的凝胶聚合物电解质由于严重的溶胀现象导致机械性能差，不能满足实际生产要求。通常使用共混、交联以及添加无机纳米粒子等方法进行改性。但是，简单共混后，聚合物基质某些组分仍然存在易被溶胀变形等问题；常用的交联方法，可能残留大量的单体、引发剂等，从而影响聚合物电解质的性能；而添加无机纳米粒子往往由于与聚合物基体相容性差，耐酸碱化学稳定性差且无机粒子较重，因而限制了其对凝胶聚合物电解质性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超交联有机纳米粒子，其能够有效分布于聚合物基材内形成改性聚合物膜，提高凝胶聚合物电解质的性能。

本发明进一步的目的在于提供一种超交联有机纳米粒子的制备方法，以制备得到上述超交联有机纳米粒子。

本发明更进一步的目的在于提供一种制备改性聚合物膜的纺丝液，其能够用于制备高温尺寸稳定性优异并且能够有效提升凝胶聚合物电解质电化学性能的改性聚合物膜。

本发明更进一步的目的在于提供一种改性聚合物膜，其具有优异的性能，能够有效提高凝胶聚合物电解质性能。