含二丙烯酰胺基聚合材料的凝胶型聚合物电解质和包含该电解质的电化学装置制造方法及图纸

提供一种含二丙烯酰胺基聚合材料的凝胶型聚合物电解质和包含该电解质的电化学装置。根据本发明专利技术的凝胶型聚合物电解质通过显著地降低电池的厚度膨胀，从而防止电解质泄漏，因而能改进电池安全性，同时防止使用凝胶型电解质时可能发生的充电－放电速率特性和循环特性变差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含二丙烯酰胺基聚合材料的凝胶聚合物电解质和包含该电解质的二次电池。更具体地，本专利技术涉及通过将特定的二丙烯酰胺基聚合材料引入到电解质溶剂中从而能实现显著降低厚度膨胀，和通过防止电解质从电池中泄漏从而也能实现改进的电池安全性的二次电池。
技术介绍
技术发展和对移动设备需求的增加已经导致对作为能源的电池的需求迅速增加。为了应付这种趋势，大量的研发和研究已集中在能满足各种要求的电池上。其中，对具有高能量密度、高放电电压和优异的功率输出稳定性的锂二次电池，例如锂离子电池、锂离子聚合物电池等，存在持续增加的需求。一般地，根据使用的电解质类型，锂二次电池可以分类为本身含有液体电解质的锂离子电池、含有凝胶形式的液体电解质的锂离子聚合物电池和含有固体电解质的锂聚合物电池。特别地，锂离子聚合物电池(或凝胶聚合物电池)具有许多优点，例如由于与液体电解质电池相比具有较低的流体泄漏可能性，所有具有高安全性，和电池形状的可行的超薄和致密性以及电池的相当的重量降低，从而导致其需求增加。作为制造锂离子聚合物电池的代表性方法，根据用于电解质浸渍的基质材料的种类，大致有非交联聚合物电池的制造方法和直接交联聚合物电池的制造方法。作为聚合物基质材料，大多使用具有优异的-->自由基聚合活性的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯基材料和具有优异的导电性的醚基材料。特别地，后种直接交联聚合物电池制造方法是如下地制造电池的方法：将由电极板和多孔性隔板构成的Jelly-roll型或堆积型电极组件放在袋中，向其中注入热聚合性聚氧化乙烯(PEO)基单体或低聚物交联剂和电解质组合物，和使注入的材料热固化。这样制造的电池具有的制造方法优点是，不经特别地修改和变化就可以直接使用常规锂离子电池的电极板和隔板。但是，已知这种方法具有如下缺点，当交联剂不完全固化并残留在电解质中时，由于粘度增加而难以得到均匀的浸渍，从而显著地降低电池特性。另外，含有这样的凝胶聚合物电解质的二次电池具有由于电解质泄漏而使电池安全性变差相关的问题，这是由于不能达到电解质均匀地分布到电极组件中，在电池重复充电/放电循环时，由于从阳极沉淀出锂金属，所以发生电池厚度局部膨胀，从而导致电解质泄漏(见图1)。因此，本领域强烈需要开发一种在维持电池性能的同时通过防止厚度膨胀而能够确保电池安全性的技术。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是解决上述问题和还需要解决的其它技术问题。作为解决上述问题的大量的广泛深入的研究和实验的结果，本专利技术的专利技术人吃惊地发现，在使用二丙烯酰胺单体和/或低聚物通过热聚合制备凝胶聚合物电解质时，通过显著地抑制电池厚度的膨胀，从而防止电解质泄漏，可以确保电池安全性，同时具有可与使用液体电解质的常规电池相比拟的容量性能。基于这些发现完成了本专利技术。附图说明结合附图从下面的详细说明将更清楚地理解本专利技术的上述和其它-->目的、特点和其它优点，其中：图1是描述常规棱柱电池中电池厚度相对于重复循环数而增加的视图；和图2是表示在使用实施例和对比例制造的电池的实验例1的试验中，充电容量和电池厚度相对于循环增加的变化图。具体实施方式根据本专利技术的一个方面，提供包含二丙烯酰胺化合物作为用于形成交联聚合物的前体的凝胶聚合物电解质可以实现上述和其它目的。也就是说，本专利技术的凝胶聚合物电解质包含使用交联聚合物作为基质材料的凝胶形式的电解质，所述交联聚合物是使作为前体的二丙烯酰胺化合物交联而形成。因此，由于电解质非均匀地分布到电极组件中，在电池重复充电/放电循环时从阳极上沉淀出锂金属，从而导致电池厚度膨胀，通过防止这种厚度膨胀可以防止电解质泄漏，由此改进含有这种电解质的电池的安全性。更具体地，二丙烯酰胺化合物具有丙烯酰胺基团，因此表现出与自由基的高反应性。因此，认为二丙烯酰胺化合物通过改进反应程度而提高了最终的凝胶聚合物电解质的电化学稳定性。因此，因为在电池的重复充电/放电时电解质接触电极的接触面积降低，所以通过电解质接触电极的接触面积降低而抑制电极与电解质之间的副反应、和由于凝胶聚合物形式的电解质而导致的蒸汽压降低，从而抑制电池的厚度膨胀。另外，由于极性官能团即丙烯酰胺基团的存在，因而没有在常规凝胶聚合物电解质中可能发生的离解和锂离子迁移降低，所以可以使电池性能降低最小化。-->本专利技术利用的交联聚合物是指由二丙烯酰胺单体、其低聚物、或该单体与低聚物的聚合形成的交联产物。即，本专利技术的交联聚合物可以通过单独的单体或低聚物的交联聚合形成或者可以通过单体与低聚物的同时交联聚合形成。如这里使用的，术语“低聚物”是指由大于两个单体构成、并具有可以以溶液形式注射的粘度程度的低聚合度直链聚合物。但是，单一地使用低聚物化合物可以导致难以控制物理性能，而单一地使用单体可以导致难以得到所需水平的机械性能。因此，可以优选使用高分子量低聚化合物和单体化合物的混合物以克服这些问题。在这种情况下，单体与低聚物的混合比可以在10∶90～90∶10(w/w)范围中。二丙烯酰胺化合物的优选例子可以包括但不局限于由下式I表示的单体和其低聚物：其中R1和R2各自独立地为氢或者未取代或取代的C1-C6烷基，R1和R2可以合起来形成饱和或不饱和环；和n为0～4的整数，如果n为0，则形成直接键。二丙烯酰胺化合物的特别优选的例子可以包括由下式II和III表示的单体和其低聚物：-->基于其化学结构，本领域的技术人员可以容易地制备根据本专利技术的上述化合物，因此这里不提供其制备的详细内容。在一个优选实施方案中，凝胶聚合物电解质可以进一步包含可以与作为交联聚合物形成用前体的二丙烯酰胺化合物聚合的化合物。对上述聚合性化合物没有特别限制，只要该化合物可与二丙烯酰胺化合物聚合就可以。优选地，可以提及(甲基)丙烯酸酯化合物、不饱和羧酸化合物、乙烯基化合物和它们的混合物，但不局限于这些。对(甲基)丙烯酸酯化合物没有特别限定，只要它们含有丙烯酸酯基团就可以。优选分子结构中含有两个或更多个丙烯酸酯基团的化合物。在一个优选实施方案中，分子结构中具有两个或更多个丙烯酸酯基团的化合物可以是二丙烯酸酯化合物。根据本专利技术人进行的实验的结果，证实在凝胶聚合物电解质制备时，通过将二丙烯酰胺化合物与二丙烯酸酯化合物结合使用，可以得到更灵活的物理性能。即，通过共同使用具有优异粘合力的二丙烯酰胺化合物与具有优异弹性的二丙烯酸酯化合物作为交联聚合物的前体，得到具有每种材料的电化学性能和机械性能的组合的凝胶聚合物电解质。当然，二丙烯酸酯化合物与二丙烯酰胺化合物的结合可以形成各种形式的共聚物，例如无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等。-->二丙烯酸酯化合物的优选例子可以包括但不局限于由下式IV表示的单体和其低聚物：其中R3、R4和R5各自独立地为氢或者未取代或取代的C1-C4烷基；和m为1～20的整数。分子结构中具有两个或更多个丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯化合物的例子可以包括但不局限于二乙二醇二丙烯酸酯(Di(EG)DA)、二乙二醇二甲基丙烯酸酯(Di(EG)DM)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDM)、二丙二醇二丙烯酸酯(Di(PG)DA)、二丙二醇二甲基丙烯酸酯(Di(PG)DM)、乙二醇二乙烯基醚(EGDVE)、乙氧基化(6)的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETMPTA)、二乙二醇二乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶聚合物电解质，其包含二丙烯酰胺化合物作为用于形成交联聚合物的前体。

【技术特征摘要】
KR 2006-9-25 10-2006-00925971.一种凝胶聚合物电解质，其包含二丙烯酰胺化合物作为用于形成交联聚合物的前体。2.如权利要求1所述的电解质，其中所述交联聚合物通过二丙烯酰胺单体和/或低聚物的交联而形成。3.如权利要求2所述的电解质，其中二丙烯酰胺化合物是由式I表示的单体或其低聚物：其中R1和R2各自独立地为氢或者未取代或取代的C1-C6烷基，R1和R2可以合起来形成饱和或不饱和环；和n为0～4的整数，如果n为0则形成直接键。4.如权利要求3所述的电解质，其中二丙烯酰胺化合物是由式II或III表示的单体或其低聚物：5.如权利要求1所述的电解质，所述电解质还包含可与二丙烯酰胺化合物聚合的化合物。6.如权利要求5所述的电解质，其中所述聚合性化合物是选自如下-->的至少一种：(甲基)丙烯酸酯化合物、不饱和羧酸化合物、乙烯基化合物、和它们的混合物。7.如权利要求6所述的电解质，其中(甲基)丙烯酸酯化合物是在分子结构中含有两个或更多个丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯化合物。8.如权利要求7所述的电解质，其中(甲基)丙烯酸酯化合物是二丙烯酸酯化合物。9.如权利要求8所述的电解质，其中二丙烯酸酯化合物是由式IV表示的单体或其低聚物：其中R3、R4和R5各自独立地为氢或者未取代或取代的C1-C4烷基；和m为1～20的整数。10.如权利要求7所述的电解质，其中(甲基)丙烯酸酯化合物是选自如下的至少一种：二乙二醇二丙烯酸酯(Di(EG...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳秀英，金银英，成周桓，金东明，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]