一种可用于锂离子电池的凝胶电解质制造技术

本发明专利技术提供了一种可用于锂离子电池的凝胶电解质，含有四种成分：(A)高分子聚合物、(B)锂盐、(C)有机溶剂和(D)功能添加剂，且高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物。本发明专利技术提供的凝胶电解质具有更好的电解液吸收和保持能力，且具有更好的机械强度和电池安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学材料
，具体涉及一种可用于锂离子电池的凝胶电解质。
技术介绍
液体电解质锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，广泛应用于日常生活的各个领域。聚合物电解质锂离子电池是在此基础上发展起来的一种新型电池，作为电解质中的一种，聚合物电解质可以同时发挥电解液和电池隔膜的作用，它不存在可自由流动的电解质溶液，因此可以从根本上消除电解液的泄漏、易腐蚀电极材料、设计组装困难等缺点。聚合物电解质包括全固态聚合物电解质与凝胶型聚合物电解质。其中，全固态聚合物电解质具有良好的力学性能和成膜性，但它的电导率较低，难以胜任较大电流密度的工作环境，从而阻碍了它的实际应用。而凝胶型聚合物电解质既具有固态电解质的稳定性、可塑性和干态特点，有效的防止了电池漏液，大大提高了锂离子电池的安全性，而且其室温电导率接近液态电解质，能够满足实用的要求。此外，凝胶聚合物电解质还具有一定的机械强度，有利于制作任意形状和任意尺寸的超薄电池，应用前景广泛。凝胶聚合物电解质由极性较强的聚合物、电解质盐、有机溶剂和添加剂组成，由于聚合物和有机溶剂之间有一定的缔合作用，可以有效地防止电解液的流动，有助于解决锂离子电池存在的漏液等安全性问题。用于锂离子电池的凝胶聚合物电解质分为两类：物理交联型和化学交联型。物理交联型凝胶聚合物电解质采用的聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其共聚物、聚丙烯腈(PAN)及其共聚物等。化学交联型凝胶聚合物电解质一般采用丙烯酸酯类聚合物，且通常采用原位聚合的方式形成凝胶。目前聚偏氟乙烯系基体仍然存在一些缺陷：①室温下的电导率偏低，离液体电解质的水平还有一定差距；②机械强度有待进一步提高，以便满足工业化的需求。因此需要开发一种新的适合聚合物锂离子电池的凝胶电解质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够用于锂离子电池的凝胶电解质。为达到专利技术目的本专利技术采用的技术方案是：一种凝胶电解质，含有四种成分：(A)高分子聚合物、(B)锂盐、(C)有机溶剂和(D)功能添加剂；所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物；所述锂盐为硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐；所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％。本专利技术选择聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物为高分子聚合物，是因为：①偏氟乙烯基聚合物电解质有极好的电化学稳定性；②偏氟乙烯基聚合物链上含有很强的斥电子基-CF2，具有较高的介电常数，有利于锂盐的解离，因此可以提供较高的载流子浓度。当单独使用偏氟乙烯均聚物作为凝胶电解质的骨架时，由于该类化合物的对电解液的吸液和保液能力有限，会使得电池的电导率处于较低水平，而当单独使用聚偏氟乙烯共聚物时，其在电解液中的吸液能力较强，容易产生变形和溶解的问题，机械性能较差，会使电池因内部短路而失效。因此，作为一种优选的方式，本专利技术使用的高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和聚偏氟乙烯共聚物，且偏氟乙烯均聚物与聚偏氟乙烯共聚物的质量配比优选为10～50:50～90，并进一步优选为20～50:50～80。当使用聚偏氟乙烯均聚物和聚偏氟乙烯共聚物为高分子聚合物时，相比单独使用聚偏氟乙烯均聚物或聚偏氟乙烯共聚物，能够使得到的凝胶电解质吸液率更高、机械强度更好、电池安全性更高。作为一种优选的方式，上述聚偏氟乙烯共聚物优选为偏氟乙烯单体与第二共聚单体的共聚物，所述第二共聚单体优选自六氟丙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、三氟丙烯、全氟丁烯、六氟丁二烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯中的一种、两种或三种以上组合，并进一步优选为六氟丙烯；所述偏氟乙烯单体与第二共聚单体的摩尔比优选为60/40～99/1，并进一步优选为85/15～99/1。本专利技术所述凝胶电解质中，本领域常用的锂盐均能够用于本专利技术。作为一种优选的方式，所述锂盐优选为硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐，所述硼酸类锂盐优选自四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)和双氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种、两种或三种，所述磺酰亚胺类锂盐优选自双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和/或双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)。本专利技术所述凝胶电解质中，本领域常用的有机溶剂均能够用于本专利技术。作为一种优选的方式，所述有机溶剂优选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯(EMC)、C3～C8脂肪单醇和碳酸合成的碳酸酯衍生物、四氢呋喃、丙酮和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种、两种或三种以上组合。作为进一步优选的方式，所述有机溶剂还包括含氟有机溶剂，所述含氟有机溶剂优选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟代碳酸乙烯酯、三氟代碳酸丙烯酯、三氟乙基碳酸甲酯、三氟乙基碳酸乙酯、三氟丙基羧酸甲酯和三氟丙基羧酸乙酯中的一种、两种或三种以上组合。本专利技术所述凝胶电解质中，本领域常用的功能添加剂均能够用于本专利技术。作为一种优选的方式，所述功能添加剂优选自联苯(BP)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1,3-丙磺酸内酯(PS)、1,4丁磺酸内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯和丁二腈中的一种、两种或三种以上组合。作为一种优选的方式，本专利技术所述凝胶电解质中，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～30％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.8～1.5摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为55～85％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0.1～5％。本专利技术提供的凝胶电解质适合用于制备电芯。作为示例，当本专利技术所述的凝胶电解质用于制备电芯时，可以按照以下方法得到：(1)将有机溶剂、锂盐和功能添加剂按比例混合，使锂盐充分溶解，得到电解液；(2)将高分子聚合物加入电解液中，在80～200℃温度下，溶解至无色透明溶液；(3)在40～120℃温度下，将步骤(2)制备的无色透明溶液涂布到正、负极片上，再将正、负极片叠合在一起，冷却至室温，得到含有凝胶电解质的极芯；(4)将步骤(3)制备的极芯装入袋中后封口，得到电芯。作为一种优选的方式，上述电芯制备方法中，所述步骤(2)温度为80～150℃；所述步骤(3)温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶电解质，其特征在于：所述凝胶电解质含有四种成分：(A)高分子聚合物、(B)锂盐、(C)有机溶剂和(D)功能添加剂；所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物；所述锂盐为硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐；所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％。

【技术特征摘要】
1.一种凝胶电解质，其特征在于：
所述凝胶电解质含有四种成分：(A)高分子聚合物、(B)锂盐、(C)有机溶剂和(D)
功能添加剂；
所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物；
所述锂盐为硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐；
所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩
尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能
添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％。
2.按照权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于所述聚偏氟乙烯共聚物为偏氟乙烯单体与
第二共聚单体的共聚物，所述第二共聚单体选自六氟丙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、三氟丙烯、
全氟丁烯、六氟丁二烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯中的一种、两种或三种以上组合，
所述偏氟乙烯单体与第二共聚单体的摩尔比为60/40～99/1。
3.按照权利要求2所述的凝胶电解质，其特征在于所述第二共聚单体为六氟丙烯，所述偏氟
乙烯单体与第二共聚单体的摩尔比为85/15～99/1。
4.按照权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和
聚偏氟乙烯共聚物，偏氟乙烯均聚物与聚偏氟乙烯共聚物的质量配比为10～50:50～90。
5.按照权利要求4所述的凝胶电解质，其特征在于所述偏氟乙烯均聚物与聚偏氟乙烯共聚物
的质量配比为20～50:50～80。
6.按照权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于所述硼酸类锂盐选自四氟硼酸锂、双草酸
硼酸锂和双氟草酸硼酸锂中的一种、两种或三种，所述磺酰亚胺类锂盐选自双(三氟甲基磺
酰)亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂。
7.按照权利要求1所述的凝胶电解质，其特征在于所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯
酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、C3～C8脂肪单
醇和碳酸合成的碳酸酯衍生物、四氢呋喃、丙酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传水，董经博，陈慧闯，
申请(专利权)人：浙江蓝天环保高科技股份有限公司，中国中化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33