[发明专利]用于锂离子二次电池的凝胶聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池用电解质膜及其制备方法，特别涉及一种用于锂离子二次电池的凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有无污染、无记忆效应、比能量高(能量密度为铅酸电池的3-4倍，镍氢电池的2倍)、质轻等优点，近年来得到了快速发展，已经在移动通讯和笔记本电脑中得到广泛的应用，在动力电池方面也将具有广阔的发展空间。目前，有两类锂离子电池，一种为使用液体有机电解质的锂离子电池，另一种为使用固体或凝胶聚合物电解质的锂离子电池。全固态聚合物电解质的室温离子电导率到目前为止还不能达到10^-3 S/cm^-1的应用水平[Komiya，Hayashi A，Morimoto H，et al.Solid State Ionics.2001，140：83]。聚合物锂离子电池自开发以来，由于其在形状上可以做到薄膜化及任意形状化，可以保证电池内部的充分接触，大大提高电池造型设计的灵活性，同时聚合物锂离子电池具有重量轻、比能量高、安全性能好等优点，从而成为近年来锂离子电池的研究热点。目前已经开发了很多聚合物电解质，如聚醚系(主要是PEO)，聚丙烯酯(PAN)系，聚甲基丙烯酸酯(PMMA)类及聚偏氟乙烯(PVDF)系等。

含氟型聚合物通常具有较好的力学性能和电化学稳定性能。目前关于含氟凝胶型聚合物电解质的报道多以多孔性聚偏氟乙烯为基质[Mohamed N.S，Arof A.K.Journal of Power Sources.2004.132：229]，浸渍电解液的多孔性电解质其充放电速度快，比多孔性的聚烯烃隔膜电化学稳定性好，机械性能好，但是其对电解液的亲和能力差，在电池的使用过程中，电解液容易泄漏。为降低聚偏氟乙烯的结晶度而引入六氟丙稀单元所形成的共聚物[Stephan A.M，Renganathan N.G，Gopukuma r S.，Dale-Teeters.Materials Chemistry and Physics.2004，8：6]，虽然在吸液能力上得到一定的提高，但还是不能从根本上解决吸液能力弱的问题，而且上述含氟型的凝胶聚合物电解质膜与电极的相容性较差，界面电阻大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子二次电池的凝胶聚合物电解质膜。

本发明的用于锂离子二次电池的凝胶聚合物电解质膜的组成如下：

由聚合物电解质膜和电解液组成；其中聚合物电解质膜的质量分数为30～70％；

其中聚合物电解质膜的化学结构式如式(I)所示：

其中m、n分别为1～10000的整数；且m/(m+n)＝55％～90％；其中a为0～3的整数，b为0～1的整数，c为0～1的整数，d为0～3的整数，R为SO₃Li或COOLi；其中数均分子量为6万到30万，离子交换容量为0.75～1.60mmol/g；

电解液由增塑剂和锂盐构成，对于增塑剂的种类和规格，本发明并没有特别的限制，可以使用锂离子二次电池中采用的电池级别的有机溶剂，其中优选增塑剂为碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、四氢呋喃、乙二醇二甲醚或其混合物。

锂盐为LiN(CF₃SO₃)₂、LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiPF₆、LiCl的一种，锂盐的浓度为0.2～1.2mol/L。

本发明的另一个目的是提供一种用于锂离子二次电池凝胶聚合物电解质膜的制备方法。

本发明的用于锂离子二次电池凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含氟聚合物溶液在100～220℃下通过溶液浇铸成膜方法，制备成聚合物电解质膜。

(2)将聚合物电解质膜用1.0～5.0％的双氧水溶液在60～100℃的温度下加热0.5～1.0小时，然后用去离子水在60～100℃的温度下加热0.5～1.5小时，再用1.0～2.0mol/L的硫酸溶液在60～100℃的温度下加热0.5～1.5小时，最后用去离子水在60～100℃的温度下加热0.5～1.5小时，得到预处理好的聚合物电解质膜。