[发明专利]原位构筑聚醚类电解质的方法与包括该电解质的锂二次电池

说明书

本发明涉及原位构筑聚醚类电解质的方法与包括该电解质的锂二次电池，属于锂金属电池或锂离子电池技术领域。所述醚类电解质的原位聚合反应是在室温且无引发剂存在的条件下，与电池组装同步进行。在近无水无氧环境中，将锂盐、粘结剂和溶剂的均匀透明溶液涂覆在具有单面氧化铝涂层的聚乙烯隔膜表面，在组装电池时向隔膜滴加醚类电解质，隔膜表面的锂盐溶于醚类电解质从而引发原位聚合。所述聚醚类电解质电化学稳定窗口宽、热稳定性良好、与正负极材料界面相容性好，可以实现电池的长时间稳定循环；所述方法实现了聚合物电解质制备和电池组装的同步进行，有效降低成本，可以较好地与现有电池工业体系相容。

技术领域

本发明涉及原位构筑聚醚类电解质的方法与包括该电解质的锂二次电池，属于锂金属电池或锂离子电池技术领域。

背景技术

锂二次电池因其高能量密度、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点成为储能领域中最具发展潜力的技术之一。电解质作为锂二次电池的重要组成部分，其安全性、与正负极材料的界面兼容性等对电池性能影响重大。传统液态电解质在锂离子电池或锂金属电池中存在易泄露易挥发等问题，而固态电解质室温离子电导率低、与电极固-固界面接触不良，因此通过改良电解质来提升电池安全性能，实现其大规模商业化应用迫在眉睫。

凝胶聚合物电解质因离子电导率高，具有一定柔性成为当前解决液态锂二次电池现存问题的关键。然而如何实现聚合物电解质与电极材料的界面兼容性成为聚合物基电池大规模制备的行业难题。原位聚合技术对于电极/电解质兼容界面的实现十分有效。目前采用较多的原位聚合方法需要在引发剂存在的前提下，通过高温、紫外光照射等特殊条件实现单体聚合；另一种常见方法是将可聚合单体、引发剂和液体电解质的组合物涂覆至隔膜表面，通过加热或紫外照射使其凝胶化，所述隔膜再与正、负极组合构建电池。然而这些方法步骤繁琐，聚合后电解质热稳定性差，其中还含有引发剂、剩余单体以及吸附的液体电解质，影响电池整体性能，导致电池稳定性恶化。

因此，在室温且无引发剂存在的条件下，实现电池组装与电解质原位聚合的同步进行为电池制备提供了新思路。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供原位构筑聚醚类电解质的方法；所述聚醚类电解质在室温环境下可通过阳离子引发聚合，具有极好的电化学稳定性，良好的热稳定性和宽电化学稳定窗口，特别是与电极材料兼容性极好。

本发明的目的之二在于提供通过所述原位聚合技术制备凝胶聚合物基锂二次电池的方法，所述方法可实现聚合物电解质制备和电池组装的同步进行，过程简单，可大规模生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

原位构筑聚醚类电解质和包括该电解质的锂二次电池的制备方法，其特征在于：所述聚醚类电解质是通过将锂盐、粘结剂和溶剂的均匀透明溶液涂覆在具有单面氧化铝涂层的聚乙烯隔膜(PE/Al₂O₃)上，在组装电池的同时完成电解质的原位聚合。

所述锂盐为锂二次电池技术领域中常规使用的锂盐，优选为六氟磷酸锂；所述粘结剂为聚合物，优选为聚环氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种以上；所述溶剂为常用有机溶剂，优选为乙腈、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺中的一种；所述隔膜为以16μm的聚乙烯隔膜为基体，4μm的纳米氧化铝为单面涂层的材料；

所述电池由隔膜、正极和负极材料组合制备，在制备过程中注入一定体积的醚类电解质。

所述正极材料为活性物质、导电剂、粘结剂质量为8:1:1的混合物均匀涂敷在铝箔表面；所述负极材料为锂片或石墨；

所述活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂和镍钴锰酸锂中的一种，导电剂为super P，粘结剂为聚偏氟乙烯；

所述醚类电解质为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)在醚类溶剂中的1M溶液，所述醚类溶剂为1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)体积比为1:1的混合溶剂。