鋰離子電池凝膠電解質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池凝膠電解質(zhì)及其制備方法，凝膠電解質(zhì)包括溶劑、添加劑、鋰鹽以及有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑，復(fù)合劑中的有機(jī)高分子與納米粒子是通過形成新的共價(jià)鍵復(fù)合的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用本發(fā)明凝膠電解質(zhì)的鋰離子電池解決了現(xiàn)有凝膠電解質(zhì)中直接添加納米粒子時(shí)出現(xiàn)的難于均勻分散、易沉降和黏度增大的問題；本發(fā)明凝膠電解質(zhì)中的有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑澄清透明、粘度小，不僅可以增加凝膠電解質(zhì)的鋰離子傳導(dǎo)性能，而且可以增強(qiáng)電芯的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和各項(xiàng)機(jī)械性能，制得的鋰離子電池也具有較高的容量和理想的安全性能。
【專利說明】鋰離子電池凝膠電解質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池凝膠電解質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因具有電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量密度高、無記憶效應(yīng)、環(huán)保性良好和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已逐步取代鉛酸、N1-Cd等傳統(tǒng)電池，獲得了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
[0003]鋰離子電池因電解質(zhì)的不同而分為液態(tài)電解質(zhì)電池和凝膠電解質(zhì)電池。相比之下，液態(tài)電解質(zhì)電池的電化學(xué)性能較好，安全性較差；凝膠電解質(zhì)電池則具有安全性能高、循環(huán)性能好、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)和使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。凝膠電解質(zhì)電池通常采用PVDF、PAN、PMMA、PEO、PVC等聚合物作為電解質(zhì)基體，但是，這些聚合物都存在以下缺陷:離子電導(dǎo)率高時(shí)機(jī)械性能不好，機(jī)械強(qiáng)度高時(shí)離子電導(dǎo)率低。
[0004]為了解決上述矛盾，研究人員經(jīng)過不斷地努力研究，發(fā)現(xiàn)無機(jī)粒子的加入不僅能夠增強(qiáng)聚合物電解質(zhì)的機(jī)械性能，還能夠提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率及其與鋰電極之間的界面穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)填料的尺寸小至納米級(jí)吋，效果更加明顯。因此，有些制造者采用共混方式將納米粒子分散到傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)中來提高電池性能。但在實(shí)踐中，納米粒子的表面能較高，極易團(tuán)聚而難于分散，同時(shí)，納米粒子與大多數(shù)聚合物電解質(zhì)的相容性都很差，其加入還會(huì)使傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)的粘度增大而不利于聚合物電解質(zhì)對(duì)電極和隔離膜的浸潤(rùn)，因此對(duì)電池性能的提高效果大打折扣。如果能將無機(jī)納米粒子與有機(jī)高分子復(fù)合，將不僅可以改善二者的相容性和結(jié)合力，還可以提高無機(jī)納米粒子分散的穩(wěn)定性，同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)聚合物電解質(zhì)機(jī)械性能、提高電導(dǎo)率及電解質(zhì)與鋰電極之間的界面穩(wěn)定性的目的。
[0005]有鑒于此，確有必要提供ー種具有優(yōu)良電化學(xué)性能及安全性能的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，并提供其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:提供ー種具有優(yōu)良電化學(xué)性能及安全性能的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，同時(shí)提供凝膠電解質(zhì)的制造方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，發(fā)明人經(jīng)過潛心研究，發(fā)現(xiàn)納米粒子難于分散主要是由于其表面存在大量的不飽和基團(tuán)(通常為羥基)，因此在使用中容易形成帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體(傾向于以網(wǎng)狀存在)，從而影響了納米粒子的實(shí)際應(yīng)用效果；只要能以其他方式破壞納米粒子的表面能，即可將其均勻分散在電解質(zhì)中。
[0008]據(jù)此，本發(fā)明提供了ー種鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其包括溶剤、添加剤、鋰鹽以及有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合剤，復(fù)合劑中的有機(jī)高分子與納米粒子是通過形成新的共價(jià)鍵復(fù)合的。
[0009]作為本發(fā)明鋰離子電池凝膠電解質(zhì)的ー種改進(jìn)，所述復(fù)合劑中納米粒子的表面具有不飽和鍵，復(fù)合劑中有機(jī)高分子的結(jié)構(gòu)式為式I):[0010]
【權(quán)利要求】
1.ー種鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，包括溶劑、添加劑和鋰鹽，其特征在于:還含有有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑，復(fù)合劑中的有機(jī)高分子與納米粒子是通過形成新的共價(jià)鍵復(fù)合的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑中納米粒子的表面具有不飽和鍵，有機(jī)高分子的結(jié)構(gòu)式為式I):
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑中有機(jī)高分子的單體分子量在200-5000之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑中有機(jī)高分子的質(zhì)量比為5_60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰 離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑中納米粒子包括納米SiO2、納米Al2O3、納米TiO2和納米ZnS中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑中納米粒子的粒徑為10-1000nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述復(fù)合劑占所述凝膠電解質(zhì)的質(zhì)量比為0.1-20%，優(yōu)選為0.5-10%。
8.—種權(quán)利要求1至7中任ー項(xiàng)所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑的合成:將納米粒子加入有機(jī)溶劑中，分散得到納米粒子的懸濁液，然后加入有機(jī)高分子単體，在惰性環(huán)境下反應(yīng)得到有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑的澄清液，之后去除溶劑得到有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑； 2)凝膠電解質(zhì)的配制:將電解質(zhì)的溶劑、添加劑混合，之后緩慢加入鋰鹽，充分?jǐn)嚢韬蠹尤氩襟EI)制備得到的有機(jī)高分子-納米粒子復(fù)合劑，再加入引發(fā)劑攪拌均勻，即可得到鋰離子電池凝膠電解質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)制備方法，其特征在于:所述步驟I)中的反應(yīng)溫度為50-100°C，反應(yīng)時(shí)間為l_4h。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池凝膠電解質(zhì)制備方法，其特征在于:所述引發(fā)劑占整個(gè)凝膠電解質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001?5%，包括有機(jī)過氧化物引發(fā)劑、無機(jī)過氧化物引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑、氧化還原類引發(fā)劑中的至少ー類。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK103441301SQ201310413202
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】修倩, 游從輝, 張新枝, 賴旭倫, 江輝 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司