[发明专利]一种锂电池用聚合物电解质材料制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池聚合物电解质技术，具体的说，涉及一种聚合物电解质材料及其制备方法。该产品可以应用于聚合物锂离子电池中，起到容纳电解液和电极隔膜的双重功效，使用该材料制造的锂电池可以将液态电解质材料固化，减少高温时正负极材料与电解液的化学反应，同时改善电解质膜的抗热收缩性能，降低正负极内部短路的几率，从而提高电池的耐热冲击性能，不会发生燃烧、爆炸，提高了安全性，并可简化锂电池的制造工艺，提高电池的比能量密度、可加工性和使用安全性。

背景技术

聚合物锂离子电池的关键技术是制备具有良好导电率和力学性能的聚合物电解质体系，它兼具了液态锂离子电池中电解液和隔膜的双重功效。最早研究的为凝胶态聚合物电解质体系，即采用不同的聚合物基体如聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯酸酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)等和有机电解液进行混合制备凝胶，然后涂覆在聚烯烃隔膜上使用。由于聚合物的引入，增加了电解液的粘度，降低了其流动性，防止电池漏液的现象，但是由于该体系粘度比较大，不利于锂电池的后期制作，因此凝胶态聚合物电解质大都是在电极表面原位反应生成后浇注电解液或者将其在隔膜表面进行涂覆，然后浸泡电解液的方式来制备聚合物锂离子电池。

专利CN101195670A公布了一种采用含二丙烯酰胺基化合物和二丙烯酸酯类化合物交联制备凝胶型聚合物电解质以及利用原位反应的方式制备包含该电解质的电化学装置的方法，通过调节两者的比例得到一种兼具良好电化学性能和机械性能的电解质材料，但由于该反应为自由基聚合，体系放热严重且在电池壳中不易散热，温度一旦超过60℃，LiPF₆和碳酸乙烯酯就会发生不可逆的化学反应产生气体，从而影响电池的最终电化学性能。采用该种制备方式的还有专利CN1289557C和CN102035044B，无论上述那种方式，凝胶态电解质的制备工艺和电芯的制造工艺都关联在一起的，这样才能保证电解质和电极之间良好的粘结，降低界面电阻。这种使用方式难免会阻碍聚合物电解质的发展，提高了聚合物锂电池制备的门槛，不利于整个行业的快速发展。

后期发展了一种具有多孔骨架结构的聚合物电解质体系，通过丰富的孔结构吸附液态电解液，其使用方法大致如下：首先将聚合物电解质组合物涂敷在特定的基质上(如玻璃片、四氟乙烯基材)，通过热引发、光引发或则高能射线辐照等制备可剥离得多孔干态膜，最后将膜置于正极和负极之间，通过利用电解质膜的微孔结构吸附大量的电解液，既保持了聚合物材料的力学性能和加工性能，也达到了传导锂离子的效果，是一种新型的聚合物电解质体系，采用该种方法的专利有CN100341196C，CN1320686C，CN302069C，CN101200554B。但还存在些问题，需要做进一步的改进：通过一定的化学结构的设计，增强聚合物基体本身对电解质盐的离解和传导，进一步提高锂离子的导电性；解决电解质膜和电极材料之间的粘结性能，增强两者之间的界面相容性，降低界面接触电阻；选择合适的成膜工艺，简化成膜过程和减少能量消耗，保持膜材料的均一性等。

发明内容

本发明的目的是针对锂离子电池安全隐患以及现有聚合物电解质材料导电性能和力学性能不能兼顾的问题，提供一种兼具良好力学性能、导电性能和粘结性能的锂离子电池用聚合物电解质材料。

本发明的另一个目的是提供上述聚合物电解质材料的快速、批量生产的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂电池聚合物电解质材料，包括如下步骤：

(1)硅烷偶联剂、钛酸酯、异氰酸酯的多官能团的小分子偶联剂和活泼氢封端的端氨基聚硅氧烷、烷羟基硅油、聚醚二元醇、聚酯二元醇、磷酸酯改性的环氧二醇类化合物，在低温25～45℃下反应一段时间，然后升温到65-85℃加入带有活泼氢的烷基的丙烯酸酯双键化合物进行封端，在整个聚合物过程中通过加入碳酸酯类溶剂调节黏度；

(2)向预聚物中加入包括2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦的光引发剂0.1～12重量％、多官能团的丙烯酸酯或者烯丙基醚类交联单体0.5～20重量％以及单官能团的丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯类改性单体0.5～10重量％，搅匀，即可得到聚合物电解质材料的固化体系；

(3)将制备所得的固化体系涂敷在一定的基材上，然后放入紫外光固化设备中中固化5-180s即可成型。