凝胶聚合物电解质和聚合物电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合物、电解质、有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散在聚合物中，其中，所述无机填料为硫酸锂和／或亚硫酸锂。本发明专利技术还提供了包括所述凝胶聚合物电解质的聚合物电池及其制备方法，所述聚合物电池的制备方法包括将含有电解质、无机填料、可聚合单体和有机溶剂的混合液加到电池的正极和负极之间，然后在聚合条件下将该混合液中的可聚合单体进行聚合反应，得到凝胶态物质。本发明专利技术的凝胶聚合物电解质由于采用硫酸锂和／或亚硫酸锂作为无机填料，从而显著提高了凝胶聚合物电解质的电导率和包括所述凝胶聚合物电解质的电池的倍率放电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚合物电解质的聚合物电池，以及该聚合物电池的制备方法。
技术介绍
聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代高比能量二次 电池体系。聚合物锂离子电池的一般结构包括正极、负极和位于正极和负极之间的聚合物 电解质，正极包括正极集流体和正极活性物质，负极包括负极集流体和负极活性物质，所述 正极活性物质和负极活性物质相对设置，与聚合物电解质一起容纳于电池壳中。与传统液 态锂离子电池相比，它具有以下明显优点(l)采用聚合物电解质代替液态电解质溶液，可 有效地避免液态电池可能存在的电解液泄露问题，电池的可靠性更高；(2)采用轻质软性 塑料材质为外壳，相比于采用金属壳体的液态电池， 一方面可有效地降低电池外壳质量，提 高电池的质量效率，使得聚合物锂离子电池具有更高的比能量；另一方面，可有效地降低因 金属外壳对内压积累不够敏感、在滥用条件下发生爆炸、燃烧等不安全行为的几率，使得聚 合物锂离子电池具有更好的安全性能；(3)外形设计灵活、方便，可用于发展超薄、超大面 积及各种异形电池。 目前，聚合物锂离子电池采用的聚合物电解质主要为凝胶型和微孔型两种。 微孔聚合物电解质是在聚合物电解质膜上通过有机溶剂萃取过程，使膜形成许多 小孔，因此所得到的聚合物电解质膜可以充当液态锂离子电池中隔膜的作用。微孔聚合物 电解质是以Bellcore公司的技术为代表，采用偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)的共聚物 为基体。该技术所得的聚合物电解质为固液两相体系，相对纯固态聚合物电解质，离子电导 率有了一定的提高，但不能很好解决漏液问题，制作工艺上需要萃取，操作较复杂，生产效 率较低，成本较高。而且其聚合物电解质本身又充当电池的隔膜，性能不及传统的聚烯烃隔 膜，安全性能上相对于传统的液态锂离子电池有所降低。 凝胶聚合物电解质是在聚合物基体中通过加入大量的有机增塑剂形成有一定机 械强度的凝胶态聚合物而制成的。由于聚合物基体中含有大量的有机增塑剂，从而有利于 离子的迁移，所得到的凝胶聚合物电解质的离子电导率会有很大幅度的提高。凝胶聚合物 电解质中的聚合物基体通常只充当电解质溶液的载体，将该电解质溶液吸附在聚合物基体 中，形成相对稳定的凝胶态聚合物电解质，并采用在传统液态锂离子电池中使用的聚烯烃 薄膜充当电池的隔膜。因此，凝胶聚合物电解质本身是一种固相体系，不存在电池漏液问 题。由于固相体系的闪点、燃点都较高，可以承受较高的温度而不会燃烧，所以采用凝胶聚 合物电解质的聚合物锂离子电池的安全性比液态锂离子电池好得多。 例如，CN 1986585A中公开了一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制备方法，该 方法包括将十二烷基硫酸钠加到去离子水中溶解，再加入甲基丙烯酸甲酯和乙酸乙烯酯及 邻苯二甲酸二丙烯酯，搅拌均匀并加入过硫酸钠进行反应；得到的白色乳液倒入Al2 (S04) 3 溶液中搅拌破乳，然后洗去未反应的单体后，用N2吹扫得到白色的PMMA-VAc粉末，并溶解于N， N-二甲基甲酰胺中，然后向其中加入二乙基碳酸酯得到粘稠的凝胶；将聚烯烃隔膜或 聚烯烃无纺布浸于凝胶中然后干燥得到聚合物膜，将聚合物膜浸于电解液中，即得到聚合 物电解质。 上述聚合物电解质通过将吸液能力较强的PMMA与强度较高的PVAc配合，制备了 具有较好吸液能力和较高强度的聚合物电解质，该聚合物电解质具有较好的离子输送性 能。然而，该凝胶聚合物电解质离子电导率仍然较低，而且包括该凝胶聚合物电解质的电池 的倍率放电性能即大电流放电性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的凝胶聚合物电解质的电导率不高、电池的 倍率放电性能较差的缺陷，提供了一种电导率高、包括该凝胶聚合物电解质的电池的倍率 放电性能好的凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚合物电解质的聚合物电池，以及该聚合物 电池的制备方法。 本专利技术提供了一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合物、电解质、 有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散在聚合物中，其中，所述无机 填料为硫酸锂和/或亚硫酸锂。 本专利技术还提供了一种聚合物电池，该聚合物电池包括正极、负极、隔膜和凝胶聚合 物电解质，所述凝胶聚合物电解质位于正极和负极之间，其中，所述凝胶聚合物电解质为本 专利技术提供的凝胶聚合物电解质。 本专利技术还提供了所述聚合物电池的制备方法，其中，该方法包括将含有电解质、无 机填料、可聚合单体和有机溶剂的混合液加到电池的正极和负极之间，然后在聚合条件下 将该混合液中的可聚合单体进行聚合反应，得到凝胶态物质，所述无机填料为硫酸锂和/ 或亚硫酸锂。 本专利技术提供的凝胶聚合物电解质含有的无机填料为硫酸锂和/或亚硫酸锂，从而 可以有效地抑制聚合物链段的结晶，增加链的无序化，减弱锂离子与聚合物之间的相互作 用，从而使凝胶聚合物电解质的电导率显著提高，同时也显著改善了采用本专利技术提供的凝 胶聚合物电解质制得的电池的充放电循环性能。 通过对本专利技术的实施例中制备的凝胶聚合物电解质及其电池的性能进行检测得 出，本专利技术提供的凝胶聚合物电解质的电导率高达8. 4X 10—2西门子/厘米，而现有技术的 凝胶聚合物电解质的电导率只有1. 85X 10—3西门子/厘米；而且包括该凝胶聚合物电解质 的聚合物电池的倍率放电性能明显好于包括现有技术的凝胶聚合物电解质的聚合物电池， 另外，包括该凝胶聚合物电解质的聚合物电池的充放电循环性能在现有技术的基础上也得 到了很大的提高。具体实施例方式本专利技术提供了一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合物、电解质、 有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散在聚合物中，其中，所述无机 填料为硫酸锂和/或亚硫酸锂。在本专利技术中对于所述无机填料的颗粒直径没有特别地限 定，使用各种常规的颗粒直径的硫酸锂和/或亚硫酸锂都可以实现本专利技术的目的。然而，为了使所述无机填料能够更充分地分散于聚合物中，而且更显著地抑制聚合物链段的结晶， 从而显著提高电导率，因此，所述无机填料的颗粒直径越小越好，优选为0. 1-100微米，更 优选为0. 1-50微米。 在本专利技术提供的凝胶聚合物电解质中，对于其中含有的各个组分的含量没有特别 地限定，在按照现有技术的凝胶聚合物中聚合物、电解质和有机溶剂的含量的基础上，只要 含有所述无机填料(即硫酸锂和/或亚硫酸锂)便可显著增加聚合物的非结晶相，从而提 高所获得的凝胶聚合物电解质的电导率。然而，优选情况下，相对于100重量份的聚合物， 所述电解质的含量为0. 2-1. 5重量份，所述有机溶剂的含量为50-250重量份，所述无机填 料的含量为0. 5-25重量份；进一步优选情况下，相对于100重量份的聚合物，所述电解质 的含量为0. 3-1. 2重量份，所述有机溶剂的含量为80-150重量份，所述无机填料的含量为 2-15重量份。符合以上优选，可以使获得的凝胶聚合物电解质的电导率明显高于现有技术 的凝胶聚合物电解质，同时采用该凝胶聚合物电解质的电池的倍率放电性能明显好于现有 技术的凝胶聚合物电解质的电池。 在本专利技术提供的凝胶聚合物电解质中，所述聚合物用于吸附电解质和无机填料， 所述聚合物可以为常规地使用于凝胶聚合物电解质中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合物、电解质、有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散在聚合物中，其特征在于，所述无机填料为硫酸锂和／或亚硫酸锂。

【技术特征摘要】
一种凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质含有聚合物、电解质、有机溶剂和无机填料，所述电解质、有机溶剂和无机填料分散在聚合物中，其特征在于，所述无机填料为硫酸锂和/或亚硫酸锂。2. 根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其中，相对于100重量份的聚合物，所述 电解质的含量为0. 2-1. 5重量份，所述有机溶剂的含量为50-250重量份，所述无机填料的 含量为0. 5-25重量份。3. 根据权利要求2所述的凝胶聚合物电解质，其中，相对于100重量份的聚合物，所述 电解质的含量为0. 3-1. 2重量份，所述有机溶剂的含量为80-150重量份，所述无机填料的 含量为2-15重量份。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的凝胶聚合物电解质，其中，所述无机填料的粒 径为0. 1-100微米。5. 根据权利要求4所述的凝胶聚合物电解质，其中，所述无机填料的粒径为0. l-50微米。6. 根据权利要求1-3中任意一项所述的凝胶聚合物电解质，其中，所述聚合物为偏氟 乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸苯 甲酉旨、苊烯、乙烯基吡啶、丙烯酰胺、甲基乙烯基醚、乙烯基乙酸酯、六氟丙烯和乙烯基吡咯 啉中的一种或几种单体的均聚物或共聚物，或者这些均聚物和/或共聚物的混合物；所述 电解质为LiPF6、 LiBF4、 LiC104、 LiBOB、 LiN(S02CF3)2、 LiCF3S03、 LiN(S02CF2CF3)2中的一种或 几种；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳 酸亚乙烯酯中的一种或几种。7. 根据权利要求6所述的凝胶聚合物电解质，其中，所述聚合物为丙烯腈、甲基丙烯酸 甲酯、偏氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸苯甲酯中的一种或几种单体的均聚物 或共聚物，或者这些均聚物和/或共聚物的混合物；所述电解质为LiPF6和/或LiBF4 ;所 述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的混合物，且碳酸二乙酯碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽娜，王圣，尹小娟，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]