[发明专利]凝胶聚合物电解质膜、其制备方法和聚合物电解质电池

说明书

本申请提供了一种凝胶聚合物电解质膜、其制备方法和聚合物电解质电池。该凝胶聚合物电解质膜的聚合物基体为聚苯并咪唑，凝胶聚合物电解质膜包括位于两侧的表层和位于两个表层之间的内层，内层的孔隙率为43～62％，表层的孔隙率小于内层的孔隙率，且表层的孔径小于内层的孔径。本申请的凝胶聚合物电解质膜的表层的孔隙率小于内层的孔隙率，且表层的孔径小于内层的孔径，从而使得其表层的拉伸强度较大，提高了凝胶聚合物电解质膜的机械性能。当将该膜浸入电解液时，由于表层的孔隙率小于内层的孔隙率，内层的孔隙率为43～62％，能使电解液充分浸润凝胶聚合物电解质膜，提升了凝胶聚合物电解质膜的保液率，促进锂离子的迁移，从而提高了其离子电导率。

技术领域

本申请涉及聚合物电解质电池技术领域，具体而言，涉及一种凝胶聚合物电解质膜、其制备方法和聚合物电解质电池。

背景技术

传统的锂离子电池采用碳酸酯类溶剂作为电解液的基本组成成分，一方面，酯类电解液在电池充放电过程中可能会发生副反应，生成影响电池性能的副产物；另一方面，液态电解液存在漏液的风险，结合电解液易挥发、易燃等性质，使得电池具有燃烧和爆炸的风险。为降低甚至消除这些风险，聚合物电解质电池应运而生。

聚合物电解质电池的内部不存在液态电解液，在形状上可以做到薄膜化和任意形状化，而且聚合物锂离子电池具有重量轻、比能量高、安全性能好等方面的优点，从而成为近年来锂离子电池的研究热点。然而当下制备的聚合物电解质具有离子电导率低和机械性能差等方面的缺点，使得其离实际应用还有较长的一段路要走。相比之下，凝胶聚合物电解质(GPE)由于同时具有液态电解液高的离子电导率和固态电解质高安全性的特点，而具有十分良好的应用前景。

直至今日，已经报道了许多可以用作凝胶聚合物电解质基体的聚合物。如聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)等。但是上述的这些基体仍然在有些方面的性能需进一步的提升，主要有以下两方面的性能：(1)离子电导率相比于液体电解质仍有一定差距；(2)机械性能也有待进一步的提升。针对这两方面，通常采用聚合物共混、交联等方法进行改性，同时也可开发新型的基体材料来从根本上对这两方面的性能进行改善。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种凝胶聚合物电解质膜、其制备方法和聚合物电解质电池，以解决现有技术中的聚合物电解质电池的机械性能不足的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种凝胶聚合物电解质膜，该凝胶聚合物电解质膜的聚合物基体为聚苯并咪唑，凝胶聚合物电解质膜包括位于两侧的表层和位于两个表层之间的内层，内层的孔隙率为43～62％，表层的孔隙率小于内层的孔隙率，且表层的孔径小于内层的孔径。

进一步地，上述凝胶聚合物电解质膜的厚度为10μm～15μm，各表层的厚度为0.5μm～1μm。

进一步地，上述表层的孔隙率为3～8％，和/或，表层的孔径为30nm～70nm，内层的孔径为150nm～400nm。

进一步地，上述聚苯并咪唑为含醚聚苯并咪唑，优选聚苯并咪唑选自具有如下结构的聚合物中的任意一种或多种的组合：

各结构式中的n各自独立地选自3000～10000中的任意一种整数，优选凝胶聚合物电解质膜中包括分散在聚合物基体中的锂盐，进一步优选锂盐为LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄中的任意一种或多种，优选锂盐与聚苯并咪唑的质量比为1：(3～10)。