[发明专利]一种交联凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及到一种交联型的凝胶聚合物电解质及其制备方法。本发明提供一种交联凝胶聚合物电解质，所述聚合物电解质由共混交联聚合物膜充分吸收电解液后得到；其中，所述共混交联聚合物膜由聚合物基材、PS‑PEO‑PS三嵌段共聚物和溶剂先通过静电纺丝法，再通过傅‑克反应进行交联制备得到；其中PS‑PEO‑PS三嵌段共聚物在共混体系中的质量分数为1％～60％，所述共混体系为聚合物基材和PS‑PEO‑PS三嵌段共聚物的共混体系。本发明所得聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及到一种交联型的凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

传统锂离子电池主要由正极、负极、隔膜以及电解质组成。其中，隔膜主要是聚烯烃微孔膜，包括聚丙烯微孔膜(Polypropylene，简称PP)、聚乙烯微孔膜 (Polyethylene，简称PE)以及PP-PE多层复合隔膜等。但这类隔膜通常只能起到阻隔正负极和提供离子传输通道的作用。在高温环境下，这类隔膜能够自动闭孔，阻断离子运输，使电路停止运行，在一定程度上提高安全性能。但是，高温也同样会使得这类聚烯烃微孔膜发生严重的收缩，从而导致正负极发生接触，造成内部短路，引发爆炸等安全事故。同时，在某些特殊条件下(比如钻井行业)，我们需要在高温下也能继续使用的锂电池，这就要求隔膜即使在高温条件下也能保持自身形态以及孔隙结构。另一方面，由于体系中存在大量液态电解质，可能会发生漏液问题，存在安全隐患。其三，聚烯烃隔膜对电解液的浸润性差，从而影响电池的整体性能。解决上述问题的有效途径就是用聚合物电解质来代替传统的隔膜/电解质体系。

目前，PVDF、PEO以及PMMA等聚合物材料由于自身的优异性能而常用于聚合物电解质的骨架材料。但单一材料难以满足锂离子电池的性能需求，比如纯的PVDF 或者PEO制备的聚合物电解质，由于结晶作用，使得离子电导率大大降低；而使用 PMMA得到的聚合物电解质机械性能差。通常使用共混、交联等方法进行改性。但是，简单共混后，聚合物基质某些组分仍然存在易被溶胀变形等问题；而一般使用的交联方法，可能残留大量的单体、引发剂等，从而影响聚合物电解质的性能。此外，目前商业化使用的聚烯烃微孔膜通常采用拉膜法成孔，孔隙率和吸液率低，阻碍了电池性能的进一步提升。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种交联凝胶聚合物电解质，所得聚合物电解质具有较高的离子电导率及其它优异的电化学性能。

本发明的技术方案：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种交联凝胶聚合物电解质，所述聚合物电解质由共混交联聚合物膜充分吸收电解液后得到；其中，所述共混交联聚合物膜由聚合物基材、PS-PEO-PS三嵌段共聚物和溶剂先通过静电纺丝法，再通过傅-克反应进行交联制备得到，其中PS-PEO-PS三嵌段共聚物在共混体系中的质量分数为 1％～60％，所述共混体系为聚合物基材和PS-PEO-PS三嵌段共聚物的共混体系。

优选的，PS-PEO-PS三嵌段共聚物在共混体系中的质量分数为5％～30％。

所述聚合物基材为适合作为聚合物电解质的聚合物；进一步，所述聚合物基材选自聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的至少一种；优选为PVDF。

进一步，所述共混交联聚合物膜采用下述方法制备得到：

1)静电纺丝法制备共混聚合物多孔膜：室温下，将PS-PEO-PS三嵌段共聚物以及聚合物基材溶于溶剂中，搅拌得到均匀的纺丝液，纺丝液的固含量为9～15％；纺丝液通过静电纺丝得到共混聚合物多孔膜，然后干燥备用；