[发明专利]共混聚合物凝胶电解质

说明书

技术领域

一般地说，本发明涉及用于电化学电池的电解质，更具体地说，本发明涉及用于此类电池的聚合物电解质。

发明技术背景

为如无线电通讯、人造卫星、手提计算机以及电动车辆(仅举几例)等应用领域开发性能更好、效率更高的贮存能量的方法早已经有极大的兴趣。因此，近来已致力于低成本、高能量以及高性能电池的开发研制。

可再充电电池或称二次电池较一次(不能充电的)电池更理想，因为可充电电池在正、负极发生的化学反应是可逆的。通过对电池充电，二次电池中的电极是可再生(即充电)许多次的。已经研制出许多用于贮存电荷的先进电极系统。同时，对于能提高电化学电池容量的电解质的开发也已经做了许多工作。

到目前为止，电解质或是呈液态的电解质(如在常见的湿电池中)，或是呈固态膜的电解质(如用在新型更高级电池系统中)。上述每种电池都有其固有的局限性，并存在相关的缺点，因而它们不能适应于多种用途。

虽然液态电解质具有符合要求的离子电导率，但密封在电池中的电解质往往会从电池中泄漏出来。虽然电池制造技术的提高已经减少了泄漏的发生，但仍存在液态电解质时不时会发生泄漏的潜在危险性。特别是现时的锂离子电池。此外，电池中电解质的任何泄漏都会减少电池中电解质的含量，从而降低电池的效能。采用液态电解质的电池也不适于所有大小和形状的电池。

与液态电解质不同，固态电解质不存在泄漏问题。然而，相比之下，固态电解质的性能较液态电解质差。例如，常见的固态电解质的离子电导率在10^-5西/厘米(每厘米西门子)左右，而符合要求的离子电导率是＞10^-3西/厘米。为了保证电池系统能够向指定的应用领域输送合用的功率，必须具有高的离子电导率。对于如蜂窝式移动电话和人造卫星所要求的高效率运行来说，必须具有高的电导率。因此，固态电解质不能适用于许多高性能电池系统。

虽然固态电解质是打算用来取代常规电池中液态电解质和隔板的组合体的，但因上述局限性固态电解质还不能用于这一目的。其中一类固态电解质，具体说是凝胶电解质已显示有一定希望。凝胶电解质除含电解质本身的盐和聚合物外，还含大量溶剂(或增塑剂)。可用来组合含凝胶电解质的电池组的一种工艺路线是在电池制成前不考虑溶剂。然后将电池浸入溶剂中，随着溶剂的吸收而形成凝胶。然而，在吸收溶剂期间可能会产生两个问题：(1)凝胶电解质可能因缺乏足够的机械整体性而不能防止两电极之间短路和/或(2)在凝胶形成时发生凝胶过度的溶胀。上述每个问题都会大大地限制凝胶电解质在电化学电池中的成功使用。

因此，需要一种新的电解质系统，这种电解质系统既具有好的机械整体性，又能够吸收足够量的液态电解质，以便形成如液态电解质那样的高离子电导率的电解质。如此形成的电解质也应避免过度溶胀并避免所有与此有关问题的产生。

附图的简要说明

图1是根据本发明的电化学电池的示意图；

图2是一幅说明不同聚合物和共混聚合物材料的重量增加百分比与时间的函数关系图；

图3是一幅由光学显微镜拍摄的照片，展示了根据本发明共混聚合物电解质系统支持体结构的结构图；和

图4是一幅说明包含根据本发明共混聚合物支持体结构之电化学电池的一组充电/放电曲线图。

优选实施方案的详细说明

虽然本说明书是以规定本发明新颖性特征的权利要求书为总结的，但据信，可从下面说明及附图中能更好地了解本发明，附图中已预先附上说明用数字。

现参见图1，该图是根据本发明之电化学电池的示意图。电池10包括正极20和负极30。正极20可由本领域普通技术熟练人员已知的许多化学系统中任何一种系统制成。这类系统的实例包括氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化钒以及它们的混合物。负极30也可由本领域普通技术熟练人员已知的许多电极材料中任何一种电极材料制成。负极材料的选择随正极材料的选择而定，以保证电化学电池为指定的用途正常地起作用。由于这一原因，负极可由碱金属、碱金属合金、碳、石墨、石油焦炭及它们的混合物制成。上述负极和正极材料的类型通常会被认为与锂电池组电池有关。然而，应该指出，本发明不受此限制；本发明的共混聚合物电解质系统可以顺利地用于镍-镉、镍-金属氢化物、铅-酸或任何其它电池组系统中。