凝膠電解質及其含有該電解質的鋰離子電池的制備方法技術

本發明專利技術屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種凝膠電解質及其含有該電解質的鋰離子電池制備方法，凝膠電解質包括液態電解質、聚合物組分和引發劑，液態電解質包括溶劑、添加劑和鋰鹽，聚合物組分包括對稱結構的高分子單體或高分子聚合物，對稱結構為中心對稱或者軸對稱，高分子單體的對稱中心為單一原子。與現有技術相比，具有對稱結構的高分子單體，其發生聚合反應時，各活性基團發生反應的概率均等，更容易形成具有對稱結構的高分子聚合物,而使用此類高分子單體制備得到的凝膠電解質具有更加優秀的各向同性性能，其能夠表現出更高的鋰離子傳導性能、更好的熱擴散性能，制備得到的電池也具有較高的容量和較好的安全性能。

Gel electrolyte and method for preparing lithium ion battery containing the same

The invention belongs to the field of lithium ion battery, in particular to a gel electrolyte and the electrolyte containing lithium ion battery preparation method, including liquid electrolyte, polymer gel electrolyte composition and initiator, solvent, additive and liquid electrolyte including a lithium salt, polymer component including symmetrical structure of polymer monomer or polymer, symmetry the structure for the central symmetry and axial symmetry, the symmetry center of polymer monomer for single atom. Compared with the prior art, the polymer monomer has a symmetrical structure, the polymerization reaction, the reaction of active groups of equal probability, easier to form a polymer with symmetrical structure, and the use of such single polymer gel electrolyte prepared with isotropic performance is more excellent, it can show the diffusion performance the lithium ion conductivity, better heat, also has high prepared battery capacity and good safety performance.

【技術實現步驟摘要】
凝膠電解質及其含有該電解質的鋰離子電池的制備方法
本專利技術屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種凝膠電解質及其含有該電解質的鋰離子電池的制備方法。
技術介紹
1991年，炭材料首次被運用于鋰離子電池陽極材料領域，從而為鋰離子電池領域帶來了革命性的變化：高效而安全的進行多次充放電；自此之后，其被廣泛的運用于移動電話、攝像機、筆記本電腦以及其他便攜式電器上。和鉛酸、Ni-Cd、MH-Ni電池相比，鋰離子電池具有更高的比體積能量密度、比重量能量密度、更好的環境友好性、更小的自放電以及更長的循環壽命等，是二十一世紀理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。然而，隨著生活品味的提高，人們對移動用電器提出了更高的需求：更輕、更薄、更小、更持久；因此做為這些移動電源的供電單元，對鋰離子電池的要求也相應增加；由于軟包鋰離子電池的包裝袋厚度小、質量輕，逐漸被人們所青睞。但是隨著電芯厚度的減小，其機械強度迅速降低；而隨著單體電芯能量的提升，其安全問題將逐漸凸現。目前，解決以上問題的主要技術方案有陶瓷涂布、PVDF涂布以及聚合物凝膠電解質開發。陶瓷涂布與PVDF涂布主要是在電極膜片或者隔離膜上涂覆一層厚度為數微米的陶瓷或者PVDF，陶瓷可以提高隔離膜的剛度、改善陰極活性物質氧化等，從而有效的提高電芯的安全性能；而PVDF可以增加電極膜片與隔離膜之間的粘接力，從而提高電芯的剛度，增加電芯的硬度。但是這兩種涂覆技術，均要使用成本較高的涂覆機器，同時涂覆過程中經常出現壞品導致膜片或者隔離膜的浪費，從而大大增加了改技術的實際運用成本。因此使用成本更為低廉、工藝更為簡單的聚合物凝膠電解質解決以上問題必將成為更為優越的方案。所謂聚合物凝膠電解質即是采用高分子量聚合物分散在液態鋰離子電池電解質中，通過高分子鏈段和液態電解質溶劑之間的相互作用（范德華力、氫鍵等）來包覆和鎖定液態電解質溶劑，形成一種高電導率的準固態電解質。由于高分子量聚合物的引入，往往會降低液態電解質原本的流動性、增加鋰離子的擴散阻力，從而使得液態電解質原本具有的電化學性能降低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種凝膠電解質及其含有該電解質的鋰離子電池制備方法，該凝膠電解質具有優良的電化學性能及安全性，而且該凝膠電解質的粘度可調；使用該電解質的鋰離子電池制備方法制備鋰離子電池時，工藝簡單、成本低廉，易于實現大批量生產。為了實現上述目的，本專利技術提供一種凝膠電解質，該技術方案如下：一種凝膠電解質，包括液態電解質、聚合物組分和引發劑，所述液態電解質包括溶劑、添加劑和鋰鹽，其特征在于：所述聚合物組分包括對稱結構的高分子單體或高分子聚合物，所述對稱結構為中心對稱或者軸對稱，所述高分子單體的對稱中心為單一原子，所述高分子單體為1,6-已二基雙[氧（2-羧丙基-1,3-二基）]二丙烯酸酯、雙酚A二甲基丙烯酸酯、對二乙烯苯、甲基丙烯酸-2-羧乙基酯磷酸酯、雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯封端的聚乙撐二氧噻吩中的至少一種。所述聚合物組分還包括非對稱結構的分子，所述非對稱結構的分子含量占聚合物組分的比例不超過45%。所述聚合物組分占凝膠電解質的質量分數為0.2~30%。所述引發劑包括有機過氧化物引發劑、無機過氧化物引發劑、偶氮類引發劑和氧化還原類引發劑中的至少一種。所述引發劑包括異丙苯過氧化氫、特丁基過氧化氫、過氧化二異丙苯、過氧化二特丁基、過氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化苯甲酸特丁酯、過氧化特戊酸特丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯和過氧化二碳酸二環己酯中的至少一種。所述引發劑占凝膠電解質的質量分數為0.001~5%。所述單一原子的對稱中心為氧原子、氮原子、碳原子、磷原子、硫原子或硒原子。本專利技術還提供一種含有上述電解質的鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將所述液態電解質與所述高分子單體組分混合均勻，加入所述引發劑制得凝膠電解質前驅體；步驟二、將陰極膜片、陽極膜片以及隔離膜組裝成裸電芯之后，入殼或袋，得到待注液電芯；步驟三、將步驟一中的凝膠電解質前驅體注入步驟二中的待注液電芯后封口，待膜片充分浸潤后，在引發環境下引發單體聚合；步驟四、依次進行化成、整形、除氣工序，制備得到成型后的電池。步驟三中的引發環境為光引發或者熱引發，在步驟三的引發反應過程中，可在電芯表面施加不超過10MPa的壓強。所述光引發為紫外光引發，所述熱引發的溫度為25-100℃。所述步驟三中的凝膠過程可在步驟四的化成工序后進行。本專利技術的有益效果在于：本專利技術的聚合物組分包括對稱結構的高分子單體或高分子聚合物，對稱結構為中心對稱或者軸對稱，高分子單體的對稱中心為單一原子，高分子單體為1,6-已二基雙[氧（2-羧丙基-1,3-二基）]二丙烯酸酯、雙酚A二甲基丙烯酸酯、對二乙烯苯、甲基丙烯酸-2-羧乙基酯磷酸酯、雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯封端的聚乙撐二氧噻吩中的至少一種。由上述聚合物組分形成的凝膠電解質具有優良的電化學性能及安全性；同時，具有對稱結構的高分子骨架能夠鎖定液態電解質最終形成流動性較差的凝膠電解質，因此與液態電解質電芯相比，該凝膠電解質電芯具有更為優越的安全性能；制備得到的電池也具有較高的容量和較好的安全性能。其次，該凝膠電解質的粘度可調，因此適合于灌注工藝和在電極膜片上涂布工藝；最后，使用上述電解質的鋰離子電池制備方法制備鋰離子電池時，工藝簡單、成本低廉，易于實現大批量生產。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術及其有益效果進行詳細說明，但本專利技術的實施方式不限于此。比較例1，配制液態電解質：按如下質量比例關系稱取以下組分待用：EC:DEC:EMC:VC為30:40:30:1，之后再加入LiPF6，得到LiPF6濃度為1mol/L的液態電解質E1（以下各實施例使用的E1，配制方式與本比較例相同）。制備待注液電芯：分別以石墨和鈷酸鋰為陽陰極活性材料，再加入導電劑、粘接劑，經過攪拌、涂覆、冷壓、分條、焊接等工序得到待卷繞極片，之后再與隔離膜一起卷繞得到裸電芯，使用鋁塑膜為包裝袋進行頂側封，之后烘烤。注液及電芯成型：將上述電解質E1注入烘烤后的電芯中，靜置直至電解質充分浸潤整個膜片，再進行化成、整形、除氣等工序，最終得到成型后的電芯。比較例2，配制凝膠電解質：按如下質量關系稱取以下組分待用：E1:甲基丙烯酸甲酯：過氧化二苯甲酰為94.95:5:0.05；將稱量好的E1電解質以及甲基丙烯酸甲酯充分攪拌得到前聚體凝膠電解質；在使用前一個月時間內加入稱量好的引發劑過氧化二苯甲酰，充分攪拌得到待使用凝膠電解質。制備待注液電芯：按照比較例1制備待注液電芯，然后將上述凝膠電解質注入電芯內，待電解液充分浸潤后，經過加熱聚合、化成、整形、除氣等工序，最終得到成型后的電芯。比較例3，配制液態電解質：按如下質量比例關系稱取以下組分待用：EC:PC:DEC:FEC=30:40:30:3，之后再加入LiPF6，得到LiPF6濃度為1mol/L的液態電解質E2。制備待注液電芯：分別以硅陽極和鈷酸鋰為陽陰極活性材料，再加入導電劑、粘接劑，經過攪拌、涂覆、冷壓、分切等工序得到待疊片極片，之后再與隔離膜一起疊片組裝得到裸電芯，之后入殼、烘烤。注液及電芯成型：將上述電解質E2注入烘烤后的電芯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
凝膠電解質，包括液態電解質、聚合物組分和引發劑，所述液態電解質包括溶劑、添加劑和鋰鹽，其特征在于：所述聚合物組分包括對稱結構的高分子單體或高分子聚合物，所述對稱結構為中心對稱或者軸對稱，所述高分子單體的對稱中心為單一原子，所述高分子單體為1,6??已二基雙[氧（2?羧丙基?1,3?二基）]?二丙烯酸酯、雙酚A二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸?2??羧乙基酯磷酸酯、雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯封端的聚乙撐二氧噻吩中的至少一種。

【技術特征摘要】
1.凝膠電解質，包括液態電解質、聚合物組分和引發劑，所述液態電解質包括溶劑、添加劑和鋰鹽，其特征在于：所述聚合物組分包括對稱結構的高分子單體或高分子聚合物，所述對稱結構為中心對稱或者軸對稱，所述高分子單體的對稱中心為單一原子，所述高分子單體為1,6-已二基雙[氧（2-羧丙基-1,3-二基）]二丙烯酸酯、雙酚A二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羧乙基酯磷酸酯、雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯封端的聚乙撐二氧噻吩中的至少一種。2.根據權利要求1所述的凝膠電解質，其特征在于：所述聚合物組分還包括非對稱結構的分子，所述非對稱結構的分子含量占聚合物組分的比例不超過45%。3.根據權利要求2所述的凝膠電解質，其特征在于：所述聚合物組分占凝膠電解質的質量分數為0.2~30%。4.根據權利要求1所述的凝膠電解質，其特征在于：所述引發劑包括有機過氧化物引發劑、無機過氧化物引發劑、偶氮類引發劑和氧化還原類引發劑中的至少一種。5.根據權利要求4所述的凝膠電解質...

【專利技術屬性】
技術研發人員：游從輝，修倩，江輝，方宏新，張柏清，
申請(專利權)人：東莞新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44