[发明专利]制备凝胶聚合物电解质二次电池的方法和凝胶聚合物电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备凝胶聚合物电解质二次电池的方法和通过所述方法制得的凝胶聚合物电解质二次电池。具体地，本发明涉及一种制备具有极好的稳定性和高充电率的凝胶聚合物电解质二次电池的方法，和通过所述方法制得的凝胶聚合物电解质二次电池。

背景技术

近来，对能量储存技术的兴趣正在日益增加。随着电池用于电动车辆还有移动电话、摄录像机和笔记本电脑，电池的研究和开发迅猛增长。电化学电池是在这方面中的关注领域，并且具体地，最近随着电子设备的轻量化和微型化趋势，所述电化学电池满足对小尺寸、轻量化和高容量的可充电电池的要求。

所述电化学电池或双电层电容器最初使用液体电解质，具体为一种离子导电有机液体电解质，其中盐溶于一种非水性有机溶剂。

然而，所述液体电解质的使用增加了电极材料的恶化和有机溶剂挥发的可能性，并且威胁电池的安全性。例如，电池可由于环境温度或电池自身温度的增加而烧坏。具体地，对于锂二次电池，由于充电/放电过程中碳酸酯有机溶剂的分解和/或有机溶剂与电极的反应在所述电池中产生气体，导致电池厚度的增加。如果所述电池在高温下储存，会加速该现象进而进一步增加气体产生量。

所述持续产生的气体增加所述电池的内部压力，并且最终所述角形电池在某一个方向发胀并随后电池的某一个表面在中央变形。并且所述气体使所述电池中一个电极表面上的粘附出现局部差异，使得电极反应未在整个电极表面均匀地发生。结果，所述电池无法避免性能和安全性的降低。

一般而言，已知依照液体电解质、凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的次序，电池的安全性依次增加，并且所述电池的性能按照该顺序依次降低。因为所述固体聚合物电解质的电池性能弱，所以包含固体聚合物电解质的电池未得到商业化生产。

同时，如上所述，因为凝胶聚合物电解质的电化学安全性极好，所以所述凝胶聚合物电解质可以均匀地维持电池的厚度并由于凝胶的内在胶粘强度确保与电极的极好的粘附。用于生产使用所述凝胶聚合物电解质的电池的常规方法包括下列两种方法。

作为一种方法，将一种可聚合单体和一种聚合引发剂加入液体电解质中——其中将盐溶于一种非水性有机溶剂中——以制备一种组合物。将所述组合物引入电池箱中——其中将一个阴极、一个阳极和一个隔膜以辊或堆叠的类型组装——并且在温度和时间合适的条件下凝胶化(交联)，以制造一种包含凝胶聚合物电解质的电池。

然而，上述方法需要一个用于保持胶凝所需温度的单独过程，导致时间和经济效益的损失。依照可聚合单体或聚合引发剂的组成，胶凝可不经加热即在室温时发生，但是问题是凝胶可能会发生在将所述包含可聚合单体、聚合引发剂和液体电解质的组合物引入至所述电池箱内之前。

作为另一种常用方法，将一种可聚合单体和一种聚合引发剂加入液体电解质中——其中将盐溶于一种非水性有机溶剂中——制备一种组合物。所述组合物涂布至隔膜上并使用加热或UV凝胶化。所述隔膜与一个阴极和一个阳极组装在一个电池箱中以制造电池。将一种液体电解质引入所述电池中。

然而，所述方法需要一个施加热或UV以进行胶凝的过程，并且所述凝胶涂覆的隔膜吸收水分，导致所述电池的性能和稳定性恶化。

此外，一种在常规技术中用作隔膜的聚乙烯薄膜具有高的热收缩率，因此当温度在不正常使用条件下增加时，在阴极和阳极之间发生短路，导致所述电池稳定性的降低。

发明内容

技术问题

本发明的目标是提供一种制备凝胶聚合物二次电池的方法和通过所述方法制得的凝胶聚合物二次电池，所述电池由于凝胶聚合物电解质组合物的合适胶凝而具有极好的稳定性、程序时间和经济效益优势、高续航时间(productivity)，以及改进的性能。

技术方案

为完成上述目标，本发明提供一种制备凝胶聚合物电解质二次电池的方法，所述电池在一个电池箱中包含一个阴极、一个阳极、一个隔膜和一种凝胶聚合物电解质。所述方法包括(S1)将一种聚合引发剂涂布至至少一种选自以下的元件的表面上：一个阴极、一个阳极、一个非织布的隔膜和一个电池箱，所述表面需要与一种凝胶聚合物电解质接触；(S2)将一种包含所述阴极、所述阳极、所述非织布隔膜的电极组件放入所述电池箱中；并且(S3)通过将一种包含一种电解质溶剂、一种电解质盐和一种聚合物电解质单体的凝胶聚合物电解质组合物引入所述电池箱中并将所述单体聚合来形成凝胶聚合物电解质。