[发明专利]含二丙烯酰胺基聚合材料的凝胶型聚合物电解质和包含该电解质的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及含二丙烯酰胺基聚合材料的凝胶聚合物电解质和包含该电解质的二次电池。更具体地，本发明涉及通过将特定的二丙烯酰胺基聚合材料引入到电解质溶剂中从而能实现显著降低厚度膨胀，和通过防止电解质从电池中泄漏从而也能实现改进的电池安全性的二次电池。

背景技术

技术发展和对移动设备需求的增加已经导致对作为能源的电池的需求迅速增加。为了应付这种趋势，大量的研发和研究已集中在能满足各种要求的电池上。其中，对具有高能量密度、高放电电压和优异的功率输出稳定性的锂二次电池，例如锂离子电池、锂离子聚合物电池等，存在持续增加的需求。

一般地，根据使用的电解质类型，锂二次电池可以分类为本身含有液体电解质的锂离子电池、含有凝胶形式的液体电解质的锂离子聚合物电池和含有固体电解质的锂聚合物电池。特别地，锂离子聚合物电池(或凝胶聚合物电池)具有许多优点，例如由于与液体电解质电池相比具有较低的流体泄漏可能性，所有具有高安全性，和电池形状的可行的超薄和致密性以及电池的相当的重量降低，从而导致其需求增加。

作为制造锂离子聚合物电池的代表性方法，根据用于电解质浸渍的基质材料的种类，大致有非交联聚合物电池的制造方法和直接交联聚合物电池的制造方法。作为聚合物基质材料，大多使用具有优异的自由基聚合活性的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯基材料和具有优异的导电性的醚基材料。特别地，后种直接交联聚合物电池制造方法是如下地制造电池的方法：将由电极板和多孔性隔板构成的Jelly-roll型或堆积型电极组件放在袋中，向其中注入热聚合性聚氧化乙烯(PEO)基单体或低聚物交联剂和电解质组合物，和使注入的材料热固化。这样制造的电池具有的制造方法优点是，不经特别地修改和变化就可以直接使用常规锂离子电池的电极板和隔板。但是，已知这种方法具有如下缺点，当交联剂不完全固化并残留在电解质中时，由于粘度增加而难以得到均匀的浸渍，从而显著地降低电池特性。

另外，含有这样的凝胶聚合物电解质的二次电池具有由于电解质泄漏而使电池安全性变差相关的问题，这是由于不能达到电解质均匀地分布到电极组件中，在电池重复充电/放电循环时，由于从阳极沉淀出锂金属，所以发生电池厚度局部膨胀，从而导致电解质泄漏(见图1)。

因此，本领域强烈需要开发一种在维持电池性能的同时通过防止厚度膨胀而能够确保电池安全性的技术。

发明内容

因此，本发明的一个目的是解决上述问题和还需要解决的其它技术问题。

作为解决上述问题的大量的广泛深入的研究和实验的结果，本发明的发明人吃惊地发现，在使用二丙烯酰胺单体和/或低聚物通过热聚合制备凝胶聚合物电解质时，通过显著地抑制电池厚度的膨胀，从而防止电解质泄漏，可以确保电池安全性，同时具有可与使用液体电解质的常规电池相比拟的容量性能。基于这些发现完成了本发明。

附图说明

结合附图从下面的详细说明将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和其它优点，其中：

图1是描述常规棱柱电池中电池厚度相对于重复循环数而增加的视图；和

图2是表示在使用实施例和对比例制造的电池的实验例1的试验中，充电容量和电池厚度相对于循环增加的变化图。

具体实施方式

根据本发明的一个方面，提供包含二丙烯酰胺化合物作为用于形成交联聚合物的前体的凝胶聚合物电解质可以实现上述和其它目的。也就是说，本发明的凝胶聚合物电解质包含使用交联聚合物作为基质材料的凝胶形式的电解质，所述交联聚合物是使作为前体的二丙烯酰胺化合物交联而形成。

因此，由于电解质非均匀地分布到电极组件中，在电池重复充电/放电循环时从阳极上沉淀出锂金属，从而导致电池厚度膨胀，通过防止这种厚度膨胀可以防止电解质泄漏，由此改进含有这种电解质的电池的安全性。

更具体地，二丙烯酰胺化合物具有丙烯酰胺基团，因此表现出与自由基的高反应性。因此，认为二丙烯酰胺化合物通过改进反应程度而提高了最终的凝胶聚合物电解质的电化学稳定性。因此，因为在电池的重复充电/放电时电解质接触电极的接触面积降低，所以通过电解质接触电极的接触面积降低而抑制电极与电解质之间的副反应、和由于凝胶聚合物形式的电解质而导致的蒸汽压降低，从而抑制电池的厚度膨胀。

另外，由于极性官能团即丙烯酰胺基团的存在，因而没有在常规凝胶聚合物电解质中可能发生的离解和锂离子迁移降低，所以可以使电池性能降低最小化。