[发明专利]一种复合凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用

说明书

本发明属于聚合物电解质技术领域，具体涉及一种复合凝胶聚合物电解质、其制备方法及在锂电池中的应用。本发明通过将离子液体/填料分散液混合到能够发生聚合反应的离子液体单体、光引发剂、交联剂、锂盐中，得到填料均匀分散的复合凝胶聚合物电解质前驱体，再将前驱体直接原位光聚合反应，得到填料均匀分散的复合凝胶聚合物电解质，解决填料在聚合物基体中的易团聚的问题，实现填料在聚合物中的均匀分散。同时利用原位光聚合反应将复合凝胶聚合物电解质紧密附着在电池电极片表面，显著提升电解质和电极片界面的相互作用，提升锂电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于聚合物电解质技术领域，具体涉及一种复合凝胶聚合物电解质、其制备方法及在锂电池中的应用。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高，循环寿命长且对环境友好等特点，已经逐渐成为便携式电子设备的主流电源。从结构上而言，锂离子电池由正负极电极材料和电解质中间层构成。目前商业化的锂离子电池的电解质层由隔膜和电解液组成，虽然电解液在室温下具有高电导率，但组成电解液的易燃溶剂存在很大安全隐患。锂电池在过度充电、内部短路等异常情况发生时，易导致电解液发热，从而发生自燃或爆炸等危险事故。研发一种安全的电解质迫在眉睫。

为解决电解液的安全隐患，采用安全、高效、环保的聚合物电解质代替液态电解质成为锂离子电池领域的发展趋势。早期的方案是在PEO等聚合物中加入锂盐电解质制备纯固态聚合物电解质，制得的聚合物电解质虽然机械强度高，但是离子电导率较低、电解质与电极界面差，影响电池的循环性能。为提高聚合物电解质的离子电导率，Feuillade和Perche等[Journal of Applied Electrochemistry,1975,5:63]分别在PAN₂LiX，PVDF₂LiX体系中加入塑化剂EC、PC等制成了凝胶型聚合物电解质，虽然提高了电解质的离子电导率，但其机械强度低，影响了电池的稳定性。

研究表明，在聚合物基体中加入能形成网络结构的填料，可提供锂离子的迁移通道，增加电解质膜的热稳定性和机械强度。因此，使用能形成填料网络结构的复合凝胶聚合物电解质，不仅可以大幅度提高聚合物电解质的离子电导率，而且可以提高聚合物电解质的机械强度。然而，目前在制备复合凝胶聚合物电解质的过程中，分散的填料不可避免发生再团聚，严重影响聚合物电解质的性能。另一方面，这种复合凝胶聚合物电解质与电池电极的附着力差，二者形成的界面相互作用力弱，当复合凝胶聚合物电解质在锂电池中应用时，其优点无法充分发挥。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复合凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用，其充分结合凝胶聚合物电解质的特点和需求，针对性对凝胶聚合物电解质的组成进行重新设计，并对关键制备工艺进行优化，通过离子液体对填料的稳定分散作用，离子液体单体的原位光聚合反应防止填料的团聚、实现填料在聚合物中的均匀分散；同时利用原位光聚合反应将复合凝胶电解质紧密附着在电池电极片表面，显著提升电解质和电极片界面的相互作用，由此解决现有技术复合凝胶聚合物电解质制备过程中填料易团聚、复合凝胶聚合物电解质与电池电极附着力差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复合凝胶聚合物电解质，包括聚合物网络、填料和锂盐；其中，

所述聚合物网络由第一离子液体单体在紫外光下、光引发剂的作用下与交联剂发生交联聚合反应得到；

所述填料与第二离子液体通过P-π作用均匀分散在所述聚合物网络中；

所述第一离子液体单体的阳离子含有不饱和化学键，且该第一离子液体单体能够发生聚合反应；所述第二离子液体的阳离子除咪唑环上的双键以外，不含有不饱和化学键，不能够发生聚合反应。

优选地，所述第一离子液体单体具有如下结构式：