[发明专利]一种锂离子电池用两相聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两相聚合物电解质膜及其制备方法，属于锂离子电池用两相聚合物电解质膜制备技术领域。

背景技术

聚合物锂离子电池具有能量密度高、无漏液或低漏液性、循环寿命长、安全性能好、设计灵活等优点，越来越受到研究人员和生产商的重视。那么，作为聚合物锂离子电池中重要的关键材料，聚合物电解质膜也受到广泛的关注。在现有的聚合物电解质中，纯固态聚合物电解质膜虽然具有良好的机械性能，但是其室温电导率(小于10^-4S·cm^-1)太低，无法满足实用的要求。为此，人们就研制出凝胶聚合物电解质膜和微孔凝胶聚合物电解质膜。虽然这两种类聚合物电解质膜具有较高的离子电导率(大于10^-3S·cm^-1)；但由于它们的聚合物基体被大量的有机小分子溶剂所溶胀，聚合物电解质膜的强度严重降低。当它们单独作为隔膜材料应用到电池中时，很容易造成电池内部短路。为了提高其强度，研究人员把凝胶聚合物电解质涂布在聚烯烃微孔膜的两边，制备出夹层式聚合物电解质膜。这不但复杂了制备工艺，提高了成本；同时，由于非极性的聚烯烃膜和极性的凝胶聚合物电解质层不相容性而容易剥离，这将大大降低锂离子电池的电化学性能。

为了设计具有较高离子电导率和较好机械性能的聚合物电解质膜，日本科研人员Toshihiro Ichino小组提出两相聚合物电解质的概念。此类聚合物电解质的一相为非极性相，作为支撑体只是提供机械强度，另外一相为极性相，可以被电解液所浸润，作为离子导电通道。并且该小组主要制备和研究了丁苯橡胶和丁腈橡胶共混的聚合物电解质膜。发现此系列的两相聚合物电解质膜具有较高的离子电导率(10^-4～10^-3S·cm^-1)，但是由于所用材料具有橡胶，其弹性模量和机械强度还是不能够满足聚合物电解质膜的实用要求。国内顾庆超研究小组使用聚环氧氯丙烷-环氧乙烷代替丁苯橡胶作为支撑体，虽然提高了聚合物电解质膜的电导率，但是其强度仍是无法满足实用要求。目前两相聚合物电解质膜的制备方法多是采用有机溶剂溶解共混涂布工艺。在此工艺中，使用大量的有机溶剂提高了制造成本，同时还带来了污染问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种成本低廉、绿色环保的锂离子电池用新型两相聚合物电解质膜。该两相聚合物电解质膜机械性能好、离子电导率高、电化学稳定，可以满足锂离子电池在商品化生产中对聚合物电解质膜的要求。

本发明的技术方案是：以水为反应介质，聚乙烯醇与一种或多种极性单体聚合得到聚合物胶体乳液，聚合物胶体乳液涂覆在基带上，干燥后剥离得到两相聚合物膜，然后把两相聚合物膜浸渍在电解液中活化，得到本发明的两相聚合物电解质膜。所得到聚合物电解质膜的聚乙烯醇相作为支撑相提供膜强度，极性聚合物相提供锂离子导电通道。

所述极性单体是主极性单体或主极性单体与辅助极性单体的混合。其中，主极性单体的结构式  为CH₂＝CR¹R²，R¹＝-H或-CH₃；R²＝-COO-(CH₂-CH₂-O)m-CH₃(m＝1～23)主极性单体为上述单体中的至少一种；辅助极性单体结构式为：CH₂＝CR¹R³，其中，R¹＝-H或-CH₃；R³＝-CN、-COOCH₂CH₃、-COOCH₂CH₂CH₂CH、-COOLi、-CH₂COOLi、-COO(CH₂)₆SO₃Li、-CONH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃Li，辅助极性单体为上述单体中的至少一种。