多孔自交联型凝胶聚合物电解质及其在锂离子电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种自交联型聚合物电解质，由纯丙乳液和聚乙二醇溶液混合、交联并进行造孔得到。所述造孔为将交联得到的自交联型聚合物膜与电解液接触。在此基础上，还给出了使用该电解质的锂离子电池。该多孔自交联型凝胶聚合物电解质适于作为锂离子电池的电解质使用，其阻抗低、离子电导率高、高倍率充放电时不易极化。

【技术实现步骤摘要】
多孔自交联型凝胶聚合物电解质及其在锂离子电池中的应用
本专利技术涉及一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质，以及其在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池

技术介绍
传统锂离子电池的能量密度低、电解液易于泄露，因此易引发安全问题。近年来兴起的凝胶聚合物电解质，其离子传递速度快，并且其基体能够吸附大量液体电解质、不易发生液体泄漏，因此正在逐渐替代电解液用于锂离子电池中。目前，锂离子电池用的凝胶聚合物电解质主要有聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物，其机械性能好。但是，聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物与电解液的亲和性差，吸附液体电解质的能力弱，容易造成电池液体泄漏，而且上述两类凝胶聚合电解质与电极间的界面电阻大，无法与电极稳定相容。为了克服聚偏氟乙烯和偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物凝胶聚合物电解质的上述缺点，有采用聚甲基丙烯酸甲酯对上述两类物质进行改性的。如中国专利文献CN101062987A公开了一种多孔型凝胶聚合物电解质薄膜，其含有质量百分比为33-54%的聚偏氟乙烯、3-15%的丙烯腈-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯共聚物、43-52%的1M六氟合磷酸锂碳酸酯电解质。制备步骤为首先合成丙烯腈-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯共聚物，然后将其与聚偏氟乙烯共混溶解于N，N-二甲基乙酰胺溶剂，通过浸没沉淀法得到多孔薄膜，再吸附六氟合磷酸锂碳酸酯电解质制得。该技术中的凝胶聚合物电解质离子传导率高、机械性能好，吸纳电解液的能力和与电极的相容能力相比单纯的聚偏氟乙烯物质具有一定提高；但由于该凝胶聚合物电解质仍然是以聚偏氟乙烯为基体，其吸纳电解液能力和与电极的相容性仍然不高，而且上述技术中的凝胶聚合物电解质在使用一段时间后会发生严重的相分离问题，导致电池的使用性能降低。由于上述以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物为基体的凝胶聚合物电解质均存在吸纳电解液能力低和与电极相容性差的缺点，因而有研究者考虑采用全新的物质体系作为锂离子电池的电解质成分。由于聚丙烯酸酯类物质与锂离子电池的常用电解液具有相似的官能团，其吸纳电解液的能力强，而且聚丙烯酸酯类的官能团与电极组分亲和性好，使得聚丙烯酸酯类与电极间界面阻抗低、相容性好，因而使得聚丙烯酸酯类聚合物作为锂离子电池凝胶聚合物电解质基体的研究颇受关注。如中国专利文献CN1317512A公开了一种凝胶态锂离子聚合物电解质材料及电池的制备方法，以丙烯酸酯系列衍生物为单体，其和交联剂在热引发剂引发下通过热化学交联方法形成聚丙烯酸酯，聚丙烯酸酯进一步与电解液形成聚丙烯酸酯凝胶类凝胶聚合物电解质，可作为锂离子电池的电解质使用。上述技术成功地将聚丙烯酸酯类聚合物作为锂离子电池凝胶聚合物电解质的基体使用，克服了本领域一直以来以聚偏氟乙烯或偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物为凝胶聚合物电解质基体时，所存在的吸纳电解液能力低和与电极相容性差的缺点；但是由于上述技术中的聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质本体阻抗偏高，离子电导率低，导致电池在高倍率充放电情况下的极化效应大，电池的使用性能低。对于如何降低聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的本体阻抗，从而提高以聚丙烯酸酯类物质作为凝胶聚合物电解质基体的锂离子电池的使用性能这一技术问题，本领域技术人员一直找不到适合的解决方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质本体阻抗偏高，导致电池的使用性能低，而且本领域技术人员一直无法找到适合的方法去降低聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的阻抗；而本专利技术提出一种阻抗低、离子电导率高的多孔自交联型凝胶聚合物电解质。在此基础上，本专利技术还提出了使用多孔自交联型凝胶聚合物电解质的高倍率性能好的锂离子电池。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质，由纯丙乳液和聚乙二醇溶液混合、交联并进行造孔得到。所述造孔为将交联得到的自交联型聚合物膜与锂离子电解液接触。所述电解液由锂盐和溶剂组成，所述锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L。所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质的电导率为7-9mS/cm。所述纯丙乳液的玻璃化温度为-30-70℃。所述纯丙乳液的玻璃化温度为-18-60℃。所述聚乙二醇的重均分子量小于10万g/mol。所述聚乙二醇的重均分子量为100-5万g/mol。所述聚乙二醇的重均分子量为200-4000g/mol。所述纯丙乳液的固含量为40-60wt%，所述聚乙二醇溶液的固含量为5-80wt%，所述聚乙二醇溶液的固体重量为所述纯丙乳液固体重量的1-50wt%。所述聚乙二醇溶液的固体重量为所述纯丙乳液固体重量的5-30wt%。所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质干燥后的成膜厚度为0.01-110μm。所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤，(1)将纯丙乳液、聚乙二醇溶液均匀混合，形成混合液；(2)将所述混合液涂布在电极表面或隔膜表面，形成未交联膜；(3)将所述未交联膜在30-100℃下烘烤，形成自交联型聚合物膜；(4)将所述自交联型聚合物膜真空干燥后，在干燥无氧环境下浸泡于锂离子电解液内。步骤（3）中的烘烤时间为0.01-24h，烘烤温度为50-85℃。真空干燥的温度为30-50℃、时间为10-30h；浸泡时间不少于24h。使用所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质的锂离子电池，包括，电池槽体和设置于所述电池槽体内的正极、负极和隔膜，所述隔膜将所述正极、负极分隔开；电解液，填充于电池槽体内，所述正极、负极和隔膜浸渍于所述电解液内；多孔自交联型凝胶聚合物电解质，设置于所述正极和负极之间，并与所述正极、负极和电解液相接触。本专利技术中所使用的纯丙乳液为现有技术中一般用于制作涂料的乳液，是由聚丙烯酸酯单体、交联剂、乳化剂和水混合共聚形成的以聚丙烯酸酯为主要成分的乳液，其中聚丙烯酸酯单体是丙烯酸酯或其衍生物。本专利技术与现有技术方案相比具有以下有益效果：（1）本专利技术所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质，由玻璃化温度为-30-70℃的纯丙乳液和重均分子量小于10万g/mol聚乙二醇的溶液均匀混合、交联并与电解液接触浸泡后得到多孔自交联型凝胶聚合物电解质，本申请通过将纯丙乳液与具有反应活性的低分子量聚乙二醇在加热过程中发生自交联反应，形成三维交联网络结构的聚丙烯酸酯类自交联型聚合物膜，采用电解液对其进行浸渍，因电解液不能溶解聚丙烯酸酯，而可以溶解掉聚乙二醇链段，因此聚乙二醇链段溶解掉的位置上会留下孔隙，孔隙中充满电解液，从而形成多孔自交联型凝胶聚合物电解质，该多孔结构使得该电解质的离子电导率大大提高、阻抗大大降低，从而使所组装电池的倍率性能大大提高，避免了现有技术中聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质本体阻抗偏高，导致电池的使用性能低，而且本领域技术人员一直无法找到适合的方法去降低聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质阻抗的问题。（2）本专利技术所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质，所述纯丙乳液的固含量为40-60wt%，所述聚乙二醇溶液的固含量为5-80wt%，所述聚乙二醇溶液的固体重量为所述纯丙乳液固体重量的1-50wt%。上述固含量、比例的纯丙乳液、聚乙二醇溶液形成的混合液经交联、造孔后形成的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，与电极的亲和性更佳，进一步减少了电池漏液问题的发生，进一步降低了电解质与电极界面间的阻抗。（3）本专利技术所述多孔自交联型凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质，由纯丙乳液和聚乙二醇溶液混合、交联并进行造孔得到。

【技术特征摘要】
1.一种多孔自交联型凝胶聚合物电解质，由纯丙乳液和聚乙二醇溶液混合、交联并进行造孔得到，所述造孔为将交联得到的自交联型聚合物膜与锂离子电解液接触。2.根据权利要求1所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述电解液由锂盐和溶剂组成，所述锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L。3.根据权利要求1或2所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述多孔自交联型凝胶聚合物电解质的电导率为7-9mS/cm。4.根据权利要求3所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述纯丙乳液的玻璃化温度为-30-70℃。5.根据权利要求4所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述纯丙乳液的玻璃化温度为-18-60℃。6.根据权利要求1、2、4或5所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量小于10万g/mol。7.根据权利要求6所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为100-5万g/mol。8.根据权利要求7所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为200-4000g/mol。9.根据权利要求1、2、4、5、7或8所述的多孔自交联型凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述纯丙乳液的固含量为40-60wt％，所述聚乙二醇溶液的固含量为5-80wt％，所述聚乙二醇溶液的固体重量为所述纯丙乳液固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽娜，刘荣华，单军，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44