[发明专利]凝胶电解质及其含有该电解质的锂离子电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种凝胶电解质及其含有该电解质的锂离子电池的制备方法。

背景技术

1991年，炭材料首次被运用于锂离子电池阳极材料领域，从而为锂离子电池领域带来了革命性的变化：高效而安全的进行多次充放电；自此之后，其被广泛的运用于移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上。和铅酸、Ni-Cd、MH-Ni电池相比，锂离子电池具有更高的比体积能量密度、比重量能量密度、更好的环境友好性、更小的自放电以及更长的循环寿命等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。然而，随着生活品味的提高，人们对移动用电器提出了更高的需求：更轻、更薄、更小、更持久；因此做为这些移动电源的供电单元，对锂离子电池的要求也相应增加；由于软包锂离子电池的包装袋厚度小、质量轻，逐渐被人们所青睐。但是随着电芯厚度的减小，其机械强度迅速降低；而随着单体电芯能量的提升，其安全问题将逐渐凸现。

目前，解决以上问题的主要技术方案有陶瓷涂布、PVDF涂布以及聚合物凝胶电解质开发。陶瓷涂布与PVDF涂布主要是在电极膜片或者隔离膜上涂覆一层厚度为数微米的陶瓷或者PVDF，陶瓷可以提高隔离膜的刚度、改善阴极活性物质氧化等，从而有效的提高电芯的安全性能；而PVDF可以增加电极膜片与隔离膜之间的粘接力，从而提高电芯的刚度，增加电芯的硬度。但是这两种涂覆技术，均要使用成本较高的涂覆机器，同时涂覆过程中经常出现坏品导致膜片或者隔离膜的浪费，从而大大增加了改技术的实际运用成本。因此使用成本更为低廉、工艺更为简单的聚合物凝胶电解质解决以上问题必将成为更为优越的方案。

所谓聚合物凝胶电解质即是采用高分子量聚合物分散在液态锂离子电池电解质中，通过高分子链段和液态电解质溶剂之间的相互作用（范德华力、氢键等）来包覆和锁定液态电解质溶剂，形成一种高电导率的准固态电解质。由于高分子量聚合物的引入，往往会降低液态电解质原本的流动性、增加锂离子的扩散阻力，从而使得液态电解质原本具有的电化学性能降低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种凝胶电解质及其含有该电解质的锂离子电池制备方法，该凝胶电解质具有优良的电化学性能及安全性，而且该凝胶电解质的粘度可调；使用该电解质的锂离子电池制备方法制备锂离子电池时，工艺简单、成本低廉，易于实现大批量生产。

为了实现上述目的，本发明提供一种凝胶电解质，该技术方案如下：一种凝胶电解质，包括液态电解质、聚合物组分和引发剂，所述液态电解质包括溶剂、添加剂和锂盐，其特征在于：所述聚合物组分包括对称结构的高分子单体或高分子聚合物，所述对称结构为中心对称或者轴对称，所述高分子单体的对称中心为单一原子，所述高分子单体为1,6-已二基双[氧（2-羧丙基-1,3-二基）]二丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、对二乙烯苯、甲基丙烯酸-2-羧乙基酯磷酸酯、双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯封端的聚乙撑二氧噻吩中的至少一种。

所述聚合物组分还包括非对称结构的分子，所述非对称结构的分子含量占聚合物组分的比例不超过45%。

所述聚合物组分占凝胶电解质的质量分数为0.2~30%。

所述引发剂包括有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂和氧化还原类引发剂中的至少一种。

所述引发剂包括异丙苯过氧化氢、特丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸特丁酯、过氧化特戊酸特丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二碳酸二环己酯中的至少一种。

所述引发剂占凝胶电解质的质量分数为0.001~5%。

所述单一原子的对称中心为氧原子、氮原子、碳原子、磷原子、硫原子或硒原子。

本发明还提供一种含有上述电解质的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将所述液态电解质与所述高分子单体组分混合均匀，加入所述引发剂制得凝胶电解质前驱体；步骤二、将阴极膜片、阳极膜片以及隔离膜组装成裸电芯之后，入壳或袋，得到待注液电芯；步骤三、将步骤一中的凝胶电解质前驱体注入步骤二中的待注液电芯后封口，待膜片充分浸润后，在引发环境下引发单体聚合；步骤四、依次进行化成、整形、除气工序，制备得到成型后的电池。

步骤三中的引发环境为光引发或者热引发，在步骤三的引发反应过程中，可在电芯表面施加不超过10MPa的压强。

所述光引发为紫外光引发，所述热引发的温度为25-100℃。

所述步骤三中的凝胶过程可在步骤四的化成工序后进行。