锂离子电池凝胶电解质及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池凝胶电解质及其制备方法，凝胶电解质包括溶剂、添加剂、锂盐以及有机高分子-纳米粒子复合剂，复合剂中的有机高分子与纳米粒子是通过形成新的共价键复合的。与现有技术相比，使用本发明凝胶电解质的锂离子电池解决了现有凝胶电解质中直接添加纳米粒子时出现的难于均匀分散、易沉降和黏度增大的问题；本发明凝胶电解质中的有机高分子-纳米粒子复合剂澄清透明、粘度小，不仅可以增加凝胶电解质的锂离子传导性能，而且可以增强电芯的热稳定性、抗氧化性和各项机械性能，制得的锂离子电池也具有较高的容量和理想的安全性能。
【专利说明】锂离子电池凝胶电解质及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池凝胶电解质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因具有电压高、体积小、质量轻、能量密度高、无记忆效应、环保性良好和循环寿命长等优点，已逐步取代铅酸、N1-Cd等传统电池，获得了市场的主导地位。
[0003]锂离子电池因电解质的不同而分为液态电解质电池和凝胶电解质电池。相比之下，液态电解质电池的电化学性能较好，安全性较差；凝胶电解质电池则具有安全性能高、循环性能好、储存寿命长和使用温度范围宽等优点。凝胶电解质电池通常采用PVDF、PAN、PMMA、PEO、PVC等聚合物作为电解质基体，但是，这些聚合物都存在以下缺陷:离子电导率高时机械性能不好，机械强度高时离子电导率低。
[0004]为了解决上述矛盾，研究人员经过不断地努力研究，发现无机粒子的加入不仅能够增强聚合物电解质的机械性能，还能够提高电解质的电导率及其与锂电极之间的界面稳定性，尤其是当填料的尺寸小至纳米级吋，效果更加明显。因此，有些制造者采用共混方式将纳米粒子分散到传统聚合物电解质中来提高电池性能。但在实践中，纳米粒子的表面能较高，极易团聚而难于分散，同时，纳米粒子与大多数聚合物电解质的相容性都很差，其加入还会使传统聚合物电解质的粘度增大而不利于聚合物电解质对电极和隔离膜的浸润，因此对电池性能的提高效果大打折扣。如果能将无机纳米粒子与有机高分子复合，将不仅可以改善二者的相容性和结合力，还可以提高无机纳米粒子分散的稳定性，同时达到增强聚合物电解质机械性能、提高电导率及电解质与锂电极之间的界面稳定性的目的。
[0005]有鉴于此，确有必要提供ー种具有优良电化学性能及安全性能的锂离子电池凝胶电解质，并提供其制备方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:提供ー种具有优良电化学性能及安全性能的锂离子电池凝胶电解质，同时提供凝胶电解质的制造方法。
[0007]为了实现上述发明目的，发明人经过潜心研究，发现纳米粒子难于分散主要是由于其表面存在大量的不饱和基团(通常为羟基)，因此在使用中容易形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体(倾向于以网状存在)，从而影响了纳米粒子的实际应用效果；只要能以其他方式破坏纳米粒子的表面能，即可将其均匀分散在电解质中。
[0008]据此，本发明提供了ー种锂离子电池凝胶电解质，其包括溶剤、添加剤、锂盐以及有机高分子-纳米粒子复合剤，复合剂中的有机高分子与纳米粒子是通过形成新的共价键复合的。
[0009]作为本发明锂离子电池凝胶电解质的ー种改进，所述复合剂中纳米粒子的表面具有不饱和键，复合剂中有机高分子的结构式为式I):[0010]
【权利要求】
1.ー种锂离子电池凝胶电解质，包括溶剂、添加剂和锂盐，其特征在于:还含有有机高分子-纳米粒子复合剂，复合剂中的有机高分子与纳米粒子是通过形成新的共价键复合的。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂中纳米粒子的表面具有不饱和键，有机高分子的结构式为式I):
3.根据权利要求1所述的锂离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂中有机高分子的单体分子量在200-5000之间。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂中有机高分子的质量比为5_60%。
5.根据权利要求1所述的锂 离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂中纳米粒子包括纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米TiO2和纳米ZnS中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂中纳米粒子的粒径为10-1000nm。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池凝胶电解质，其特征在于:所述复合剂占所述凝胶电解质的质量比为0.1-20%，优选为0.5-10%。
8.—种权利要求1至7中任ー项所述的锂离子电池凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)有机高分子-纳米粒子复合剂的合成:将纳米粒子加入有机溶剂中，分散得到纳米粒子的悬浊液，然后加入有机高分子単体，在惰性环境下反应得到有机高分子-纳米粒子复合剂的澄清液，之后去除溶剂得到有机高分子-纳米粒子复合剂； 2)凝胶电解质的配制:将电解质的溶剂、添加剂混合，之后缓慢加入锂盐，充分搅拌后加入步骤I)制备得到的有机高分子-纳米粒子复合剂，再加入引发剂搅拌均匀，即可得到锂离子电池凝胶电解质。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池凝胶电解质制备方法，其特征在于:所述步骤I)中的反应温度为50-100°C，反应时间为l_4h。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池凝胶电解质制备方法，其特征在于:所述引发剂占整个凝胶电解质的质量分数为0.001?5%，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、氧化还原类引发剂中的至少ー类。
【文档编号】B82Y30/00GK103441301SQ201310413202
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】修倩, 游从辉, 张新枝, 赖旭伦, 江辉 申请人:东莞新能源科技有限公司