[发明专利]锂离子二次电池及其凝胶电解液的配方

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池技术领域，尤其涉及锂离子二次电池及其凝胶电解液的配方。

背景技术

液态电解液一般由锂盐、有机溶剂和添加剂构成，它是锂离子二次电池中非常重要的部分。但是，由于有机溶剂是流动的液体，因此存在着漏液的风险。此外，液态电解液所用的有机溶剂通常为碳酸酯和羧酸酯等物质，导致电池高温性能不好，且由于这些有机溶剂本身存在的易燃性使得电池存在爆炸等安全隐患。

目前，人们对聚合物电解液进行了较多的研究。作为液态电解液的替代品，聚合物电解液有着明显的优势，例如：不漏液、高温性能好、电芯硬度大和安全性能好等，能够满足业界对锂离子二次电池的新要求。

聚合物电解液中常用的是凝胶聚合物电解液，其一般是通过原位热聚合的方法获得。凝胶聚合物电解液的常用制备方法如下：将小分子单体、液态电解液、引发剂混合均匀，注入电芯，加热凝胶，使小分子单体在引发剂的引发下交联成具有网状结构的聚合物基体，并使得液态电解液被束缚在聚合物基体中。

但是，采用这种方法制备凝胶聚合物电解液存在以下不足：在小分子单体的聚合过程中，由于溶剂等的存在而引起的链转移和链终止反应，导致形成的聚合物基体平均分子量不高，使得生成的聚合物基体内聚强度低，与隔离膜及电极材料之间的粘接性差，电芯机械强度不高，循环过程中电芯膨胀大，且小分子的残余会影响电芯的电化学性能。

因此，确有必要提供一种凝胶电解液的配方，该配方中引入平均分子量比较大的单体，从而能够制备出一种内聚强度较高的凝胶电解液，并且使得包含该电解液的电池在满足基本电化学性能的同时，具备出色的机械强度、较好的循环性能和较高的安全性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种凝胶电解液的配方，该配方中引入平均分子量比较大的单体，从而能够制备出一种内聚强度较高的凝胶电解液。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种凝胶电解液的配方，包括液态电解液、单体、交联剂和引发剂，上述各组成成分的重量百分比含量为：

液态电解液 90%～99.4%；

单体 0.5%～3%；

交联剂 0.25‰～0.6%；

引发剂 0.1%～1.5%；

所述单体为改性的聚乙烯醇及其衍生物，所述聚乙烯醇及其衍生物的平均分子量为5×10⁴ g/mol～15×10⁴g/mol。。

相对于现有技术，本发明选用平均分子量较大的改性的聚乙烯醇及其衍生物作为凝胶电解液中的单体，改性的聚乙烯醇及其衍生物在引发剂的引发下发生聚合，形成内聚强度高的、具有网状结构的聚合物基体，并且在交联剂的交联作用下，具有网状结构的聚合物基体进一步交联成机械强度高、具有三维立体网络结构的骨架，将液态电解液束缚在骨架中，从而形成凝胶电解液。由于形成的骨架的机械强度高，从而使得包含该凝胶电解液的电芯的机械强度也较高，从而大大减少循环过程中电芯的膨胀。

改性后的聚乙烯醇及其衍生物中含有一定的羟基，当其在引发剂的引发下交联成具有网状结构的聚合物基体时，可形成分子内氢键或分子外氢键，从而进一步提高聚合物基体的内聚强度。此外，聚乙烯醇及其衍生物还具有一定的粘接性，从而可以提高凝胶电解液与阴极表面、阳极表面或隔离膜之间的界面结合力，从而可以抑制电池在循环过程中的膨胀。当然，聚乙烯醇及其衍生物的平均分子量不能太大，否则其溶解性不高，而且聚合活性也不大；聚乙烯醇及其衍生物的平均分子量也不能太小，由于溶剂等的存在而引起链转移和链终止反应，很难形成内聚强度较高的聚合物基体，而且小分子单体的残留还会影响电芯的电化学性能。

其中，引发剂的加入量太少的话，聚合反应不够充分，使得电池的机械性能不甚理想，引发剂的加入量太多的话，会增加成本，还会对电性能有一定影响，如容量低等。

其中，交联剂的加入量太少的话，交联反应不够充分，使得电池的机械性能不甚理想，交联剂的加入量太多的话，会增加成本。

作为本发明凝胶电解液的配方的一种改进，上述各组成成分的重量百分比含量为：

液态电解液 93%～98%；

单体 1%～2%；

交联剂 0.75‰～0.4%；

引发剂 0.2%～1%。这是优选的配方。