[发明专利]凝胶聚合物电解质和含有该凝胶聚合物电解质的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于凝胶聚合物电解质的组合物、一种将该组合物 聚合而获得的凝胶聚合物电解质，以及一种含有该凝胶聚合物电解质的 电化学装置。

背景技术

最近，人们对能量储存技术越来越感兴趣。电池已被广泛用作便携 式电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电车的能量来源，导致人们 对其进行广泛地研究和开发。就此而言，电化学装置是兴趣之所在。具 体而言，可充电的二次电池的开发是人们关注的焦点。

液态电解质——尤其是含有一种溶于一种非水性有机溶剂中的盐的 离子导电的有机液态电解质——至今已被广泛用作基于电化学反应的电 化学装置的电解质，所述电化学装置如电池或双电层电容器。

然而，这种液态电解质的使用可引起电极材料的降解和有机溶剂的 蒸发，并可能伴随着涉及电池安全性的问题，包括由环境温度和电池本 身的温度升高引起的燃烧。具体而言，锂二次电池具有所谓的膨胀现象， 这是因为碳酸酯基有机溶剂的分解和/或有机溶剂和电极的副反应而引 起电池内产生气体。此外，这种副反应在高温储存条件下被加速，由此 增加了气体的产生。

如上所述持续产生的气体引起电池内压的增加，导致电池部分表面 中部的变形，如棱形电池在某一方向上的膨胀。同样，这导致电池电极 表面的粘附力的局部差异，因此，电化学反应不能在整个电极的表面均 匀发生，并沿厚度方向发生集中现象。因此，电池不可避免地出现质量 和安全性的降低。

一般而言，电池的安全性如下依次增加，即液态电解质＜凝胶聚合物 电解质＜固体聚合物电解质。然而，电池的质量以相同的顺序减小。已知 使用固体聚合物电解质的电池不能被商品化，因为其电池性能太低。

然而，索尼集团(美国专利6,509,123)和三洋电机有限公司(日本 公开专利2000-299129)最近分别使用各自的特有技术手段开发出凝胶聚 合物电解质，并已使用这种凝胶聚合物电解质制造出电池。这些电池具 有以下特点。

索尼的电池使用PVdF-共-HFP(聚亚乙烯基-共-六氟丙烯)作为聚 合物，并将LiPF₆溶于EC/PC(碳酸亚乙酯/碳酸异丙烯酯)中作为电解 质。将聚合物和电解质与作为溶剂的DMC(碳酸二甲酯)混合，将所得 的混合物涂覆在电极的表面，使DMC蒸发以提供一种其上引入凝胶聚 合物的电极。然后，将该电极与一种基于聚烯烃的隔膜(separator)缠 绕在一起，防止短路，以提供电池。

同时，三洋的电池通过将一个阴极、一个阳极和一种基于聚烯烃的 隔膜缠绕在一起形成一个电池而获得。接下来，将PVdF(聚偏氟乙烯)、 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PEGDMA(聚乙二醇甲基丙烯酸二甲酯) 以及一种引发剂与一种合适的有机碳酸酯混合物混合，并将该混合物加 入预先形成的电池中。然后，将该混合物在适当的条件下交联，以提供 一种凝胶聚合物电解质。这样，在电池组装后，该凝胶聚合物电解质即 在电池内原位形成。

然而，上述电池的问题在于，它们不适于大量生产，会产生质量的 下降，如电容量的降低，并具有低的机械强度。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，其包 括两种彼此互补的交联剂，以改善机械性能和离子导电性。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述用于凝胶聚合物电解质的 组合物聚合而得的凝胶聚合物电解质，以及一种使用上述凝胶聚合物电 解质的具有改进质量的电化学装置。

技术方案

本发明提供了一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，该组合物包括：

(i)一种作为第一交联剂的环状化合物，该环状化合物在其中心包括一个 环状基团，并且在其末端具有至少三个双键；(ii)一种作为第二交联剂的 线型的或支链的化合物，该线型的或支链的化合物在其中心包括一个氧 化烯基，并在其末端具有至少两个(甲基)丙烯酰基；(iii)一种电解质溶 剂；(iv)一种电解质盐；以及(v)一种聚合引发剂。

另外，本发明还提供一种通过将上述用于凝胶聚合物电解质的组合 物聚合而获得的凝胶聚合物电解质。

此外，本发明还提供一种电化学装置，包括一个阴极、一个阳极和 上述凝胶聚合物电解质。

附图说明