CN102394313A - 一种复合聚合物电解质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合聚合物电解质，是将聚合物基体与锂盐、溶剂、添加剂混合均匀后得到的混合液自动成膜，干燥即得到固体聚合物电解质膜，该聚合物电解质室温电导率高，电化学和界面稳定性好，而且无机纳米粒子的存在可以减小聚合物电解质聚合前后的体积变化和充放电过程的体积变化，防止电解质与电极脱离造成的界面电阻增大甚至断路。

Description

一种复合聚合物电解质
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别的是涉及用于锂离子电池中的一种复合聚合物电解质。
背景技术
以锂金属作负极的可充锂电池具有比能量高、比功率大等优点，但可充锂电池难以实现商品化，主要是因为金属锂电极能与电解质反应，在锂电极表面形成钝化层，并会由于不均匀沉积导致枝晶的形成，严重影响电池的循环性能和安全性。一种解决方法是用锂离子插层材料，如碳素材料，作负极，现在已发展成独立的一类，即可充锂离子电池：另一种解决方法是用固态聚合物电解质代替液体电解质，制成可充锂聚合物电池(Rechargeable Lithium PolymerBatteries，LPBs)。固态聚合物电解质(Solid Polymer Electrolytes，SPEs)的研究开始于二十世纪七十年代，1973年Wright等首先报道了聚环氧乙烷(PEO)～碱金属盐体系具有离子导电性，1979年Armand等证实了Wright的发现，并提议将SPE应用于锂及锂离子电池。
以聚合物电解质代替液体电解质锂电池有许多优点，主要表现在高能量密度与长循环寿命相结合；具有高的可靠性和易加工性；电池自放电低；可以做成全塑料结构，更易于装配；没有自由电解液，不会发生漏液现象；可以采用轻的塑料包装而不像传统锂离子电池那样需要用金属外壳：使用安全。另外，聚合物膜电解质和塑料电极的紧密叠合，使聚合物锂电池可以形状灵活，甚至可做成小于0.6mm的超薄电池，从应用观点来看，出路更加宽广。电池可以主动地去适应用电设备的尺寸要求，而不是只有标准化的规格尺寸供选择；又因为聚合物锂电池其结构及生产过程中无酸碱和铅、汞等污染，是新世纪倡导的绿色环保电池。因此作为关键技术的聚合物电解质材料成为研究热点。目前SPE大致可分为四类：全固态聚合物电解质(Dry SPE)，凝胶型聚合物电解质(GelledSPE)，多孔型聚合物电解质(Porous SPE)，无机～有机聚合物电解质(inorganic～organic SPE)，虽然无机～有机聚合物电解质既有全固态，又有凝胶态和多孔型，但是这一类型由于其独特的结构和优异的表现成为研究最热的一个方向。
发明内容
本发明提供一种针对现有技术的不足，提供一种电解质室温电导率高，电化学和界面稳定性好的复合聚合物电解质。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合聚合物电解质，将聚合物基体与锂盐、溶剂、添加剂在常温混合均匀后得到的混合液，自动成膜后，干燥，得到固体聚合物电解质膜；
所述的锂盐用量为聚合物基体质量的0.05～0.3倍；
所述的添加剂用量为聚合物基体质量的0.1～0.4倍；
所述的溶剂用量为聚合物基体质量的1～15倍。
所述的聚合物基体为二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷聚合而成，所述的聚合反应，其条件为：二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷在BF3-THF中，于90～100℃聚合得到聚合物基体。
所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、无水六氟磷酸锂中的一种。
所述的添加剂为纳米γ～氧化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛的组合物，所述的纳米γ～氧化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛的重量比为1∶1～3∶1～5
所述的溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮中的一种。
本发明的有益效果在于：该聚合物电解质室温电导率高，电化学和界面稳定性好，而且无机纳米粒子的存在可以减小聚合物电解质聚合前后的体积变化和充放电过程的体积变化，防止电解质与电极脱离造成的界面电阻增大甚至断路。这些都使它在聚合物锂离子电池中有很好的表现。该聚合物电解质的SEI膜结构中最靠近锂电极的a层主要有液态电解质与锂的反应产物组成，厚度较小，结构稳定。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。
实施例1
制备聚合物基体
二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷在BF3-THF中，于90℃聚合得到聚合物基体。
一种复合聚合物电解质，将聚合物基体100g、二氟草酸硼酸锂20g、三氟甲基磺酸锂5g，纳米γ-氧化铝5g、纳米碳化硅8g、纳米二氧化钛7g；溶剂二甲基亚砜100g、四氢呋喃50g、丙酮30g，混合均匀后得到的混合液自动成膜，干燥即得到固体聚合物电解质膜。
实施例2
制备聚合物基体
二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷在BF3-THF中，于95℃聚合得到聚合物基体。
一种复合聚合物电解质，将聚合物基体100g、二氟草酸硼酸锂5g、三氟甲基磺酸锂10g，纳米γ-氧化铝5g、纳米碳化硅5g、纳米二氧化钛10g；溶剂二甲基亚砜100g、四氢呋喃100g、丙酮50g，混合均匀后得到的混合液自动成膜，干燥即得到固体聚合物电解质膜。
实施例3
制备聚合物基体
二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷在BF3-THF中，于100℃聚合得到聚合物基体。
一种复合聚合物电解质，将聚合物基体100g、二氟草酸硼酸锂5g、三氟甲基磺酸锂10g、无水六氟磷酸锂10g，纳米γ-氧化铝3g、纳米碳化硅8g、纳米二氧化钛15g；溶剂二甲基亚砜80g、四氢呋喃100g、丙酮100g，混合均匀后得到的混合液自动成膜，干燥即得到固体聚合物电解质膜。

Claims (7)

1.一种复合聚合物电解质，其特征在于：将聚合物基体与锂盐、溶剂、添加剂在常温混合均匀后得到的混合液，自动成膜后，干燥，得到固体聚合物电解质膜；
所述的锂盐用量为聚合物基体质量的0.05～0.3倍；
所述的添加剂用量为聚合物基体质量的0.1～0.4倍；
所述的溶剂用量为聚合物基体质量的1～15倍。
2.根据权利书1所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：所述的聚合物基体为二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷聚合而成。
3.根据权利书1所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、无水六氟磷酸锂中的一种。
4.根据权利书1所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：所述的添加剂为纳米γ～氧化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛的组合物。
5.根据权利书1所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：所述的溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮中的一种。
6.根据权利书2所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：所述的聚合反应，其条件为：二溴基甲苯基缩水甘油醚与环氧乙烷在BF3-THF中，于90～100℃聚合得到聚合物基体。
7.根据权利书4所述的一种复合聚合物电解质，其特征在于：按重量百分比计，所述的纳米γ～氧化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛的重量比为1∶1～3∶1～5。 
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