[发明专利]一种用于凝胶聚合物电解质的组合物、凝胶聚合物电解质及电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体说是一种用于凝胶聚合物电解质的组合物、一种将该组合物聚合而获得的凝胶聚合物电解质，以及一种含有该凝胶聚合物电解质的电化学装置。

背景技术

自20世纪90年代以来，液体电解质锂离子电池因其能量密度高、温度范围广、工作电压高、无重金属污染等优势，广泛应用于各类电子电器中。凝胶聚合物电解质锂离子电池是在此基础上发展起来的一种新型电池，其除了具有液体电解质锂离子电池的优点外，由于凝胶态阻止了液体的流动，有效的防止了电池漏液，大大提高了锂离子电池的安全性，另外凝胶聚合物电解质的电导率与液体电解质相近，能够满足实用的要求。凝胶聚合物电解质有一定的机械强度，有利于制作任意形状和任意尺寸的超薄电池，应用前景广泛。

凝胶聚合物电解质由极性较强的聚合物、电解质盐、有机溶剂和添加剂组成，由于聚合物和有机溶剂之间有一定的缔合作用，可以有效地防止电解液的流动，有助于解决锂离子电池存在的漏液等安全性问题。用于锂离子电池的凝胶聚合物电解质分为两类：物理交联型和化学交联型。物理交联型凝胶聚合物电解质采用的聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及其共聚物、聚丙烯腈（PAN）及其共聚物、聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物等。化学交联型凝胶聚合物电解质一般采用丙烯酸酯类聚合物，且通常采用原位聚合的方式形成凝胶，具体过程如下：将聚合物单体加入到液体电解质中，并加入引发剂，混合均匀后注入电池，然后用加热等方式引发单体聚合物使电解液凝胶化。原位聚合型凝胶电解质的应用可以简化凝胶电解质锂离子电池的生产工艺，使其与液体电解质锂离子电池基本相同。公开的那些聚合物电解质实例如下：CN1302069C公开了一种以重均分子量5000-100000的聚乙（丙）二醇二（甲基）丙烯酸酯为单体的聚合物电解质，尽管该聚合物电解质有较强的凝胶强度，但是单体分子量较大，粘度较大，电解液难以渗透；CN101195670B公开了一种含二丙烯酰胺基单体的凝胶电解质，该凝胶电解质浸润均匀，高温安全性好，但是凝胶电解质的强度有待提高。

原位聚合型凝胶电解质存在一些问题，具体如下：

1、目前多采用大分子型单体，单体分子量较大，加入到液体电解质中会导致电解液的粘度显著增大，导致注液后电解液在极片和隔膜中的渗透较为困难，容易出现浸润不完全的现象，从而导致电池不良。

2、凝胶电解质的强度较低，不利于电池机械加工性，或者为了保证聚合后凝胶电解质的强度，加入大量的单体量，通常大于电解液总体质量的5%，导致电解液的粘度显著增加，电导率下降，进而引起电池性能的下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效浸润电极和隔膜，并且聚合后能够形成机械强度好、离子导电性好的用于凝胶聚合物电解质的组合物，并进而提供一种更高性能的凝胶聚合物电解质以及含有该凝胶聚合物电解质的电化学装置。

通过大量的广泛的深入的研究，本发明发现本发明中提到的凝胶单体，分子量小，与极片间的表面张力小，有利于电解液的快速浸润，且加入少量就可以形成较强机械强度、离子导电性好的用于凝胶聚合物电解质的组合物

本发明采用的技术方案为：

一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，该组合物包括：

（i）非水有机溶剂；

（ii）电解质盐；以及

（iii）下式1表示的单体：

其中，X、Y、Z分别独立的代表下式中的任一个取代基团：

其中，n为一个0～3的整数；m为一个0～2的整数；

其中，R₁、R₂、R₃分别独立的选自氢基或C₁～C₃的烷基。

优选的，n=0且m=0，这样的单体分子量小，可以降低组合物的粘度，且双键的含量高，可以降低单体的含量来获得同样的凝胶效果，有利于提高凝胶聚合物电解质的性能。

优选的，R₁、R₂、R₃均为氢基，这样的单体具有尽可能小的分子量和尽可能大的双键含量。

优选的，所述单体的含量按组合物的总重量计不大于5wt%。更优选的，所述单体的含量按组合物的总重量计为0.1～3wt%。

优选的，还包括辅助单体，所述辅助单体为下式2表示的化合物：