聚合物电解质和使用该聚合物电解质的锂电池制造技术

一种聚合物电解质，包括由形成聚合物电解质的组合物聚合的产物，该组合物包含下面通式（１）的多官能异氰脲酸酯单体、锂盐和非水有机溶剂： ＊＊＊ 通式（１） 其中Ａ↓［１］、Ａ↓［２］和Ａ↓［３］独立地为Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］亚烷基基团或Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］亚芳基基团；和Ｚ↓［１］、Ｚ↓［２］和Ｚ↓［３］为下面通式（２）的取代基团： －Ｙ－Ｘ－＊＝ＣＨ－Ｒ↓［２］ 通式（２） 其中Ｘ为： ＊＊＊； Ｙ为： ＊＊＊ Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］中的每一个为独立地选自氢、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷基、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］氟代烷基、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］芳基和Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］氟代芳基的至少一种；ｍ为０至１０的整数；ｎ为０至５的整数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合物电解质和使用该聚合物电解质的锂电池，更具体地涉及通过使用多官能异氰脲酸酯单体而具有延长的循环寿命、改进的安全性和减少膨胀的聚合物电解质，及使用该聚合物电解质的锂电池。
技术介绍
近来，例如笔记本电脑和摄像机的便携式电子信息设备和例如移动电话的无线通讯设备的普及，增加了对能够用作这些便携装置电源的小巧、重量轻的可充电二次电池的需求。发展至今，最广泛使用的二次电池包括锂镉电池、镍氢电池和锂电池。在所述的二次电池中，由于具有延长的循环寿命和高容量，锂电池已吸引了更多的注意而可能成为下一代电源。在液体电解质锂二次电池中，该电池包含一种用于改善低温性能的低沸点有机溶剂，当将其放置在高温环境下时，电极组件或包裹电极组件的盒会膨胀(Swelling)。结果，电池的高温可靠性和安全性降低。为解决这一问题，已经提出使用固体聚合物电解质的方法。与使用液体电解质的电池相比，固体聚合物电解质的使用减少了电解质渗漏的可能性，同时改善了电池安全性。然而，当使用这种固体聚合物电解质时，离子导电性低于使用液体电解质的情况。因此，迫切需要开发具有高离子导电性和改进的电化学稳定性的固体聚合物电解质，以使固体聚合物电解质实际应用于锂二次电池中。由例如环氧乙烷和环氧丙烷的烯化氧聚合反应得到的线型或交联聚合物主要用作固体聚合物电解质的离子导电聚合物。然而，在使用由这些单体合成的聚合物作为基体的锂电池中，聚合物基体的交联网状结构和在锂离子与基体中残留的烯化氧之间强烈的相互作用降低了锂离子的移动性，从而导致了降低的高放电率、低温放电和减少的循环寿命特性。通过将所使用的有机溶剂的量增加到大于预定的水平能够改进这些缺陷。然而，有机溶剂所增加的量阻碍交联聚合物基体的形成且导致液体电解质从凝胶基体中泄漏。结果，电极组件或包裹电极组件的盒明显地在高温下膨胀。因此，需要对于使用聚(烯化氧)聚合物的这种聚合物电解质锂电池的各种性能改进。
技术实现思路
本专利技术提供一种没有上述问题的用于锂电池的聚合物电解质。本专利技术还提供一种通过使用聚合物电解质而具有延长的循环寿命、改进的安全性和减少膨胀的锂电池。根据本专利技术的一个方面，聚合物电解质包含由形成聚合物电解质的组合物得到的聚合产物，该组合物包含下面通式(1)的多官能异氰脲酸酯单体、锂盐和无水有机溶剂 其中A1、A2和A3独立地为C1-C10亚烷基基团或C1-C10亚芳基基团；和Z1、Z2和Z3为下面通式(2)的取代基团 其中X为 或 Y为 或 R1和R2中的每一个为独立地选自氢、C1-C10烷基、C1-C10氟代烷基、C1-C10芳基和C1-C10氟代芳基的至少一种；m为0至10的整数；n为0至5的整数。根据本专利技术的另一方面，提供一种锂电池，包括阳极、阴极和介于阳极和阴极之间的上述聚合物电解质。本专利技术的聚合物电解质源自形成聚合物电解质的组合物的聚合反应，该组合物包含上面通式(1)异氰脲酸酯，同时该聚合物电解质使锂电池具有延长的循环寿命、改进的安全性和降低的高温膨胀性能。根据本专利技术，包含上面通式(1)多官能异氰脲酸酯单体的形成聚合物电解质的组合物可以进一步包括烯键式不饱和单体、例如二丙烯酸聚乙二醇酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、二丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、己内酯化的六丙烯酸二季戊四醇酯。烯键式不饱和单体可以是单官能的或多官能的。烯键式不饱和单体的聚合产物改善了聚合物电解质基体的物理性质和在其中保留有机溶剂的能力。本专利技术其他的方面和优点将在下面说明书中部分阐述，部分可从说明书中明显看出，或者可以从本专利技术的实践中获得。附图简述下面结合附图对优选实施方案的说明将使本专利技术的这些和/或其它的方面和优点变得清楚且更易于理解，在附图中附图说明图1是表示使用在实施例1至3和对比实施例中制造的锂电池循环寿命测试结果的图。具体实施例方式现在详细说明本专利技术的优选实施方案，附图中举例说明其实施例，其中相同的参考数字始终表示相同的部分。下面通过参考附图描述实施方案以解释本专利技术。下面描述制备本专利技术聚合物电解质的方法。聚合物电解质包括聚合物基体和电解液。用于聚合物基体的材料包括具有上面通式(1)的多官能异氰脲酸酯单体，并且如果需要可进一步包括烯键式不饱和单体。用于聚合物基体的材料可以与有机溶剂中的锂盐电解液混合以提供一种形成聚合物电解质的组合物。在形成聚合物电解质的组合物中，优选聚合物基体材料与电解质溶液以1∶0.1-1∶50的重量比混合。如果聚合物基体材料的量小于上述范围，所得到的聚合物膜具有差的力学性能，同时几乎不能形成交联基体。如果聚合物基体材料的量超过上述范围，聚合物基体材料的一部分将保持未反应的状态，从而导致电池中不希望的副反应。另外，降低了电池中锂离子的移动性，因此降低了电池性能。当使用上面通式(1)的多官能异氰脲酸酯单体和烯键式不饱和单体的混合物作为聚合物基体材料时，对于100重量份多官能异氰脲酸酯单体来说，优选烯键式不饱和单体的量不超过95重量份。如果烯键式不饱和单体超过上述水平，得到的交联聚合物单体不稳定。另一方面，可进一步将聚合反应引发剂加入到形成聚合物电解质的组合物中，接着进行混合直到组合物变得均匀。适宜的聚合反应引发剂包括但并不限于例如过氧化二苯酰、琥珀酰化过氧、过氧化二月桂酰、过氧化二癸酰的二酰基过氧化物；例如二枯基过氧化物、和二叔丁基过氧化物、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷的二烷基过氧化物；例如叔丁基过氧化酯、α-枯基过新癸酸、1-1-二甲基3-羟丁基过氧化-2-乙基己酸酯、过氧化苯甲酸叔戊酯和叔丁基过氧化新戊酸酯的过氧化酯；例如2，5-二羟基过氧化-2，5-二甲基己烷、氢过氧化枯烯和过氧化氢叔丁基的叔烷基氢过氧化物；例如1，1-二-(叔戊基过氧基)-环己烷、2，2-(叔丁基过氧基)丁烷和乙基3，3-二-(叔丁基过氧基)丁酸酯的过氧缩酮；例如叔丁基过氧异丙基碳酸酯和叔丁基过氧2-乙基己基碳酸酯的过氧碳酸酯；例如过氧二碳酸二正丙酯、过氧二碳酸二仲-丁基酯、过氧二碳酸双(2-乙基己基)酯和过氧二碳酸双(4-叔丁基环己基)酯的过氧化二碳酸酯；和例如AIBN、偶氮二(2，4-二甲基戊腈)和偶氮二(环己腈)的偶氮化合物，它们可以单独使用或混合使用。对于100重量份单体来说，优选这些聚合反应引发剂的量为0.001至10重量份。然而，例如二烷基过氧化物、过氧化酯、过氧缩酮、过氧碳酸酯和过氧化二碳酸酯的过氧化物化合物比偶氮化合物更优选作为聚合反应引发剂，因为偶氮化合物在热聚合反应过程中产生的惰性氮气抑制了均匀聚合物电解质的形成，因而降低电池的性能。而，过氧化物化合物在热聚合反应过程中产生能在电解溶液中很好溶解的二氧化碳气体，从而能够有效地形成均匀的聚合物电解质。另外，已知CO2通过在阳极上形成一保护涂层而改善了电池性能。因此，优选使用这种过氧化物化合物作为热聚合反应引发剂。下面三种方法之一可用于制造聚合物电解质和使用上述形成聚合物电解质的组合物的电池方法(1)涉及使用组合物形成聚合物电解质膜且将聚合物电解质膜插入阴极和阳极之间；方法(2)涉及在阴极和阳极上流延上述组合物并使该组合物聚合；和方法(3)涉及通过形成卷绕或层叠形式阴极、阳极和置入它们之间的隔板的组合结构制造电极组件，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李镕范，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：