[发明专利]一种含有机锂的聚合物固体电解质薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池，尤其是高分子固体电解质薄膜制造领域。

背景技术

电池很早就被人们用作电筒和电话等电器的电源，随着科技的进步和新材料的发现，人们开发出了镍氢电池和锂电池，随着手机和笔记本电脑等便携式电器的问世，对电池的高性能化和小型轻量化等的需求显得越来越强烈，为满足这种需求，锂离子型电池以能量密度高，能够迅速充电等特点逐步引起人们的高度关注，与镍镉电池等其他的电池相比，基于电池能量密度高且充电迅速这些特点，人们对高效高容量高充电次数受用寿命长的新型锂电池聚合物固体电解质薄膜的期待日益增强。

在-次电池或二次电池和电容器等电化学元件中，可以使用液体电解质来作为制造新电池的导电原材料，但液体的电解质具有液漏的危险或者缺少长时间的稳定性的缺点。由于固体电解质克服了以液体电解质电池漏液和不稳定的缺点，同时将聚合物固体电解质应用于各种电化学元件，在实现元件制造的简单化的同时，元件自身的小型化或轻量化成为现实，不仅没有液漏的危险，而且还提供可靠性高的电池元件。为此，在锂离子型电池等中，在固体电解质的研究开发过程中，质轻且柔软、加工容易的聚合物固体电解质的研究开发正活跃地进行。

1973年Wright等人首次发现了聚氧化乙烯(PEO)与碱金属锂、钠盐络合具有离子导电子的现象，从而使固体电解质的研究进入一个新的阶段，但由于受材料和技术手段的限制，固体电解质的室温电导率与实际应用需要相去甚远。为了解决该问题，Feuillade等在1975年首先提出了采用一种弹性体与无机锂电解质通过可以挥发的溶剂溶解形成一种混合物溶液，然后将含有无机锂盐的涂覆于一种固体的表面，形成一种含有无机锂盐的凝胶电解质薄膜，虽然后来由Abraham等作了深入研究。聚合物凝胶通常被定义为一个被溶剂溶胀的聚合物网络体系，其独特的网络结构使凝胶同时具有固体的粘聚性和液体的分散传导性。1995年美国Bellcore公司公开了一种新型凝胶聚合物电解质用于研发聚合物锂离子固态电解质电池的技术。从那以后，对聚合物锂离子电池用固体电解质的研究就更加。聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上开发出的最新一代锂离子电池，其构成是采用具有离子导电性并兼具隔膜作用的聚合物-电解质代替液态锂离子电池中的电解液，凝胶电解质是由聚合物、增塑剂和锂盐通过一定的方法形成的具有合适微孔结构的凝胶聚合物网络，利用固定在微结构中的液态电解质分子实现离子传导，它的室温电导率一般在10^-3S/cm数量级。

高分子电解质是由高分子基质与掺杂盐形成的络合物.要使盐溶于高分子并形成均匀溶液,高分子链与盐之间必须存在相互作用.如果高分子链含有电子给予原子如氧原子、硫原子或氮原子,它能同盐中的阳离子通过L ew is酸碱反应进行络合,那么它们的相互作用就很容易产生.当LiClO₄溶于PPG会引起体积收缩,盐加入PPG配成10.41%(w t)溶液所引起的体积收缩相当于25℃时给高分子溶剂施加1.90x10⁷Pa.这表明在Li⁺与PPG醚氧原子之间存在强烈相互作用.他们还发现盐的加入会使PPG玻璃化转变温度显著提高,LiClO₄含量达25%时,PPG(MW2000)的T g由-70℃升高至40℃.他们认为,Li⁺不能被大的ClO₄^-离子很好屏蔽,因而很容易沿着高分子骨架与极性醚氧原子发生相互作用,这将有利于盐的解离.这种作用亦使得链间相互作用得以发生,从而导致高分子链的物理交联。