【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新能源，具體涉及一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、鋰電行業(yè)近幾年發(fā)展迅速，特別是在3c數(shù)碼和電動車領(lǐng)域的使用率越來越高，但隨著電池能量密度不斷提升，安全問題逐漸成為消費(fèi)者們的關(guān)注點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)也將此問題列為重中之重。目前常見的鋰電池大多采用有機(jī)液態(tài)電解液，而有機(jī)液態(tài)電解液難以避免的是泄露和易燃易爆的問題。而解決此問題則可以通過使用聚合物單體進(jìn)行原位固化方式制備凝膠電解質(zhì)半固態(tài)電池，將電解液包裹在聚合物中，使聚合物導(dǎo)鋰離子，使電解液失去流動性，從而降低電池的泄露問題及安全風(fēng)險(xiǎn)。目前采用的原位固化技術(shù)，是直接將聚合物單體和引發(fā)劑同時加入電解液中，通過電解液共同在極片與隔膜中滲透浸潤，再通過加熱方式、紫外輻照方式或電池脈沖的固化方式，使單體在引發(fā)劑作用發(fā)生聚合形成聚合物，并對電解液進(jìn)行包裹固定，形成導(dǎo)鋰離子但不流動的凝膠態(tài)聚合物。
2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：（1）由于電解液中添加了單體，該電解液的粘度將會較液態(tài)電池的電解液更高，將嚴(yán)重影響電解液在電池極片中的浸潤能力；（2）由于單體是通過添加到電解液中再注入電池的，其在極片/隔膜表面的分布均勻程度受電解液的整體浸潤能力影響；（3）單體受到其與電解液溶劑的相容性的限制，使單體在極片/隔膜中的浸潤速度往往較電解液溶劑更慢，而在極片上發(fā)生分層（單體與溶劑分離）；（4）電池在常溫浸潤（活化）的過程中，原位聚合反應(yīng)即開始緩慢發(fā)生，即使沒有高溫條件下速度快，但足以使電解液的粘度迅速升高，顯著阻礙電解液在極片/隔膜中的浸潤。
3、以上缺陷導(dǎo)致了單體
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述全部或者部分技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
2、本專利技術(shù)的目的之一在于提供一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池的制備方法，所述制備方法包括：
3、至少以正極、負(fù)極和隔膜組裝電芯結(jié)構(gòu)，所述正極、負(fù)極和隔膜中至少一者的至少局部表面上均勻分布有聚合物單體；
4、向所述電芯結(jié)構(gòu)內(nèi)注入電解液，并使所述電解液與所述聚合物單體充分接觸，以使所述聚合物單體與所述電解液中的引發(fā)劑接觸并發(fā)生聚合反應(yīng)以生成凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，從而獲得凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池。
5、在部分實(shí)施例中，所述制備方法具體包括：
6、提供含有聚合物單體的溶液；
7、將所述含有聚合物單體的溶液涂覆在電池的正極、負(fù)極及隔膜表面，并去除所述溶液中的至少部分溶劑，從而在所述正極、負(fù)極及隔膜表面形成聚合物單體層；
8、將含有所述聚合物單體層的正極、負(fù)極及隔膜組裝為電芯結(jié)構(gòu)，并向電芯結(jié)構(gòu)內(nèi)注入含有引發(fā)劑的電解液以反應(yīng)形成凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，然后依次進(jìn)行活化、原位固化、化成和老化后，形成凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池。
9、本專利技術(shù)提供的方法使聚合物單體在正極、負(fù)極、隔膜表面均勻分布，使得正極、負(fù)極、隔膜在接觸電解液時，其上的聚合物單體能夠與電解液中的引發(fā)劑反應(yīng)而形成均勻分布的聚合物電解質(zhì)，這種制備方法能夠使上述電極結(jié)構(gòu)表面被凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)完整包覆，且電池不同部位的凝膠中的聚合物含量保持均勻，使液態(tài)電解液充分被聚合物包裹而固化成凝膠；解決了現(xiàn)有技術(shù)中因單體及最終形成的聚合物電解質(zhì)分布不均，而導(dǎo)致部分區(qū)域沒有聚合物電解質(zhì)，部分區(qū)域的凝膠中聚合物含量及濃度過高，且部分電解液無法被聚合物包裹而以液態(tài)的形式存在的問題。同時，本專利技術(shù)的制備方法簡單易行，不需要對現(xiàn)有的聚合物半固態(tài)電池生產(chǎn)工藝進(jìn)行大幅改動，易于工業(yè)化應(yīng)用。
10、在部分實(shí)施例中，將所述含有聚合物單體的溶液涂覆在電池的正極、負(fù)極及隔膜表面具體包括：使所述聚合物單體層至少覆蓋隔膜與正極、負(fù)極相對的兩個表面，并覆蓋正極、負(fù)極上除極耳焊接位以外的其余部分。
11、在部分實(shí)施例中，所述正極包括正極活性材料，使所述聚合物單體層覆蓋正極上的正極活性材料；所述負(fù)極包括負(fù)極活性材料，使所述聚合物單體層覆蓋負(fù)極上的負(fù)極活性材料。從而能夠使正極、負(fù)極的活性材料被聚合物電解質(zhì)膜層均勻且完整的覆蓋。
12、在一些現(xiàn)有技術(shù)中將聚合物單體混合于正負(fù)極漿料中一同勻漿，這些方案由于單體勻漿后固定地嵌于正/負(fù)極活性顆粒之間且不具有流動性，無法與活性材料界面上的電解液發(fā)生充分接觸，以及單體與單體間也無法接觸，從而導(dǎo)致凝膠聚合物生成困難（包括鏈引發(fā)困難與鏈增長困難）；其次，若將聚合物單體直接加入負(fù)極漿料中，由于負(fù)極一般是水性的，與油性的有機(jī)單體相容性不高，會對勻漿的分散造成極大的困難，容易導(dǎo)致漿料沉降，而僅加入正極漿料中則無法在負(fù)極與隔膜間產(chǎn)生均勻的凝膠聚合物電解質(zhì)；并且，由于聚合物是電子絕緣體，若使其均勻存在于活性材料之間，必將導(dǎo)致導(dǎo)電率下降，部分活性材料被隔離而失活，大幅度降低電池容量。而本專利技術(shù)的方案能夠使聚合物電解質(zhì)膜層均勻且完整的覆蓋在電極活性材料上，形成的完整凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)包覆層可以有效隔絕正負(fù)極極片間、活性材料與外界的接觸。例如在電池發(fā)熱/受熱，隔膜發(fā)生熱收縮時，可有效避免電池發(fā)生短路而進(jìn)一步放熱；在電池被刺穿后，有效避免正負(fù)極活性材料與空氣中的氧的接觸，可起到阻燃作用，從而使電池的熱穩(wěn)定性和安全性能得到顯著提升。另外，凝膠態(tài)電解質(zhì)對正負(fù)極活性材料的完整且貼合的包覆，可以使活性材料與電解液間的界面更完整，避免由于缺乏離子通道而無法脫/嵌鋰，從而導(dǎo)致析鋰/未嵌鋰等情況的發(fā)生，進(jìn)一步提高了電池的電化學(xué)性能與安全性能。
13、在部分實(shí)施例中，所述溶液中聚合物單體的質(zhì)量濃度為0.1%~10wt%。不同聚合物單體溶液濃度有助于實(shí)現(xiàn)不同的聚合物單體涂覆面密度；在期望獲得較高涂覆面密度時，可以將所使用的聚合物單體溶液的濃度相應(yīng)提高，以提高涂覆效率；在期望獲得較低的涂覆面密度時，可以將所使用的聚合物單體溶液的濃度相應(yīng)降低，有助于提高涂覆的均勻程度。但單體溶液濃度不會對最終的單體涂覆面密度的絕對值產(chǎn)生直接影響。
14、在部分實(shí)施例中，所述含有聚合物單體的溶液在正極片、負(fù)極片及隔膜表面的涂覆量滿足使聚合物單體的涂覆面密度為0.5~10g/m2。本專利技術(shù)所述的“涂覆面密度”，是指去除聚合物單體溶液的溶劑之后僅聚合物單體的密度。若涂覆面密度過低，則會導(dǎo)致聚合物單體無法完全而充分地覆蓋于極片活性材料、隔膜表面，從而造成聚合物形成過程中的鏈增長困難，且無法完全包裹電解液，最終導(dǎo)致無法形成完全固化的凝膠電解質(zhì)而影響安全性能的提升；若涂覆面密度過高，則會導(dǎo)致極片活性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體包括：使所述聚合物單體層至少覆蓋隔膜與正極、負(fù)極相對的兩個表面，并覆蓋正極、負(fù)極上除極耳焊接位以外的其余部分；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：將所述含有聚合物單體的溶液涂覆在電池的正極、負(fù)極及隔膜表面所采用的方法包括噴涂法、刮涂、輥涂或狹縫涂布中的一種或者多種，優(yōu)選為噴涂法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體包括：對含有所述溶液的正極、負(fù)極及隔膜進(jìn)行熱處理，以去除所述溶液中的至少部分溶劑；所述熱處理的溫度為Tb溶劑-50℃<T<Tb單體-50℃，Tb溶劑為所述溶液采用的溶劑的沸點(diǎn)，Tb單體為聚合物單體的沸點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述熱處理的時間為5min~30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述溶液采用的溶劑包括對所述聚合物單體的溶解度在5wt%
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述電解液中引發(fā)劑的質(zhì)量濃度為0.1~3wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述活化在常溫條件下進(jìn)行，時間為1~5天；和/或，所述原位固化的溫度為30~70℃，時間為1~48h。
10.一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池，其特征在于，它由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法制備得到。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)電池的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體包括：使所述聚合物單體層至少覆蓋隔膜與正極、負(fù)極相對的兩個表面，并覆蓋正極、負(fù)極上除極耳焊接位以外的其余部分；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：將所述含有聚合物單體的溶液涂覆在電池的正極、負(fù)極及隔膜表面所采用的方法包括噴涂法、刮涂、輥涂或狹縫涂布中的一種或者多種，優(yōu)選為噴涂法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體包括：對含有所述溶液的正極、負(fù)極及隔膜進(jìn)行熱處理，以去除所述溶液中的至少部分溶劑；所述熱處理的溫度為tb溶劑-50℃<t<tb單體-50℃，tb溶劑為所述溶液采用的溶劑的沸點(diǎn)，tb單體為聚合物單體的沸點(diǎn)。
6.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮藝婷，裴斧，張夢，李子坤，黃友元，
申請(專利權(quán))人：深圳市貝特瑞新能源技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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