[发明专利]一种凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用。通过在多孔聚合物基体吸收电解液时引入凝胶因子，使得电解液在聚合物基体的孔隙中凝胶化，降低其流动性，从而有效降低电解液的泄漏率，提升碱金属离子电池的循环性能，由此解决现有多孔电解质膜泄漏率较高以及制备的锂离子电池稳定性差的技术问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用。

背景技术

科技进步在迅速提高人们生活水平的同时也消耗着巨量的能源，造成了化石燃料等不可再生能源的大量消耗，使人们面临着严重的能源危机。因此，近年来人们致力于开发更有潜力的新能源。锂离子电池作为一种高效的能源储存设备，相对于不稳定的风能、太阳能等，更受到人们的青睐。目前采用液态电解质的商用锂离子电池具有比容量大、输出电压高、无记忆效应等显著优点，因此已经在多个领域有了广泛的应用，极大地方面了人们的日常生活。但是商用隔膜存在泄漏率高的问题，而易燃、易爆的液态电解质一旦泄露，既会引发潜在的安全问题，也会降低电池的使用寿命。

相比于存在较高安全风险的液态电解质，固态聚合物电解质由于不含有低沸点的有机溶剂，因此具有较高的安全性。同时聚合物赋予电解质良好的热稳定性与机械性能，因此成为下一代锂离子电池电解质的潜在优选。但是聚合物的结晶性导致电解质较低的电导率，却妨碍了它的实际应用。

为同时拥有固态聚合物电解质的安全性与液态电解质的高电导率，人们提出了凝胶聚合物电解质的概念，即采用聚合物作为多孔基体，再吸收电解液制备而成的电解质。凝胶聚合物电解质在拥有液态电解质与固态聚合物电解质优点的同时，也继承了他们的部分缺点，即聚合物基体的结晶性有待改进、电解液的泄漏率有待降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用，其通过在多孔聚合物基体吸收电解液时引入凝胶因子，使得电解液在聚合物基体的孔隙中凝胶化，降低其流动性，从而有效降低电解液的泄漏率，从而提升碱金属离子电池的循环性能，由此解决现有多孔电解质膜电导率偏低、泄漏率较高以及制备的锂离子电池稳定性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

(1)聚合物基体溶于溶剂中，得到混合溶液I；

(2)造孔剂与所述混合溶液I充分混合，得到混合溶液II；

(3)所述混合溶液II置于模具中，干燥后得到多孔聚合物；

(4)所述多孔聚合物与含有液态电解质、碱金属盐以及凝胶因子的电解液接触，使所述电解液进入所述多孔聚合物的孔隙中，并在凝胶因子的作用下，所述电解液发生凝胶化，得到凝胶聚合物电解质。

优选地，所述聚合物基体中包含聚氧化乙烯和/或聚偏氟乙烯。

优选地，所述聚合物基体中还包括交联聚合物；该交联聚合物中含有假冠醚空穴结构和聚氧化乙烯直链结构，所述假冠醚空穴结构和聚氧化乙烯直链结构通过共价键相连接。

优选地，所述交联聚合物的结构中包含如式(一)所示的结构片段：

其中，x:y＝1:4～1:5，z为1～11的整数；R₁、R₂……R_m为聚氧化乙烯直链，m为不小于30的整数，所述聚氧化乙烯直链的结构通式如式(二)所示：

其中，n为22～113的整数。

优选地，所述交联聚合物的制备方法包括如下步骤：