[发明专利]一种用于有机锂二次电池的聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机锂二次电池的制备，特别是一种用于有机锂二次电池的聚合物电解质及其制备方法。 

背景技术

锂二次电池因其高的能量和功率密度以及良好的循环性目前在移动电子产品市场得到广泛应用。随着技术的不断进步，电动汽车及储能电站等领域对锂离子电池的需求不断增大，要求也不断提高。 

传统锂二次电池正极材料为锂的过渡金属氧化物，理论容量一般在140-170 mAh/ g，是限制电池容量的主要因素。人们对于高容量的追求，要求寻找新的正极材料。有机化合物正极材料由于具有理论容量高，廉价，可循环利用以及高度可设计等优点参见：Y. Liang, Z. Tao, J. Chen, Organic electrode materials for rechargeable lithium batteries, Advanced Energy Materials, 2012, 2: 742，被认为是理想的替代材料之一。但是这类材料在传统的液态有机电解液中存在严重的溶解问题，导致在循环过程中容量急剧下降，严重限制了它们的应用。因此，需要找到合适的电解液，抑制电极材料的溶解，提高电池的循环稳定性。不久前，Honma课题组通过使用室温离子液体复合准固态电解质取代传统液态电解液，有效地抑制了有机电极材料的溶解问题参见：Y. Hanyu, I. Honma, Rechargeable quasi-solid state lithium battery with organic crystalline cathode, Scientific Reports, 2013, 2: 453; Y. Hanyu, Y. Ganbe, I. Honma, Application of quinonic cathode compounds for quasi-solid lithium batteries, Journal of Power Sources, 2013, 221: 186。 

1973年，英国人Wright率先发现了具有一定高分子量的聚合物-聚氧乙烯（PEO）中加入碱金属盐的导电性，参见：D. Fenton, J. Parker, P. Wright, Complexes of alkali metal ions with poly(ethylene oxide), Polymer, 1973, 14: 589。不久后，Armand等人指出了PEO基聚合物电解质在全固态锂电池中应用的可能性，参见：M. Armand, J. Chabagno, M. Duclot, Fast Ion Transport in Solids, P. Vashishta, J. Mundy, and G. Shevoy, Editors, Elsevier, New York, 1979, p131。但是该体系在室温下的离子电导率较低（约10^-8 S /cm）。将有机非质子溶剂引入到聚合物电解质基体中形成的凝胶聚合物电解质，具有较高的离子电导率，目前已被用作多种电化学电池的电解质材料。常见的聚合物电解质体系主要有聚环氧乙烷、聚-氧化丙烯、聚-丙烯腈、聚-甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚-偏二氟乙烯以及聚-偏氟乙烯-六氟丙烯等几大类。其中，聚环氧乙烷体系由于其中的CH₂CH₂O链对于锂离子良好的溶解能力以及聚合物链段良好的流动性被广泛研究。作为一种低分子量聚醚，聚乙二醇具有类似的优点。同时，聚乙二醇可以增加聚合物对液态电解液的吸附能力，从而提高聚合物电解质的离子电导率。另一方面，聚-甲基丙烯酸酯的链上具有酯基，可以与聚乙二醇在分子级别上形成均匀的混合。该混合聚合物可以负载大量的液态有机电解液，具有较高的离子电导率及化学稳定性。基于聚-甲基丙烯酸酯和聚乙二醇的聚合物电解质有望应用于有机锂离子电池用聚合物电解质中。       

发明内容

本发明的目的是针对以上存在问题，提供一种用于有机锂二次电池的聚合物电解质及其制备方法，该聚合物电解质在室温下具有良好离子电导率，其在有机锂二次电池中可以抑制电极材料的溶解；利用该聚合物电解质可制备高性能的有机锂二次电池。 

本发明的技术方案： 

一种用于有机锂二次电池的聚合物电解质，由聚合物基质和电解液组成，所述聚合物基质由聚-甲基丙烯酸酯和/或聚乙二醇的组成的复合聚合物，电解液为含有锂盐和有机溶剂的电解质溶液，其中聚-甲基丙烯酸酯的化学结构式如式1所示，聚乙二醇的化学结构式如式2所示：