[发明专利]一种凝胶聚合物锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种凝胶聚合物锂离子电池。

背景技术

目前市售的锂离子电池其电解液一般包括非水溶剂、锂盐和添加剂，由于非水溶剂是液态的，当电池受到外界撞击或者电池本身发生内部膨胀时，该液态的电解液就容易从电池中泄露出来，而有机溶剂本身具有易燃性的特点，因此使用液体电解液的锂离子电池存在发生爆炸等的安全隐患。

相反，凝胶聚合物电解质则具有类果冻状的外观，其内部没有可自由流动的液体，因而使用其的锂离子电池不发生漏液问题，具有比较高的安全性。凝胶聚合物电解质的液态电解液被束缚在聚合物基体中，因此，凝胶聚合物电解质与液态电解质一样，都具有较高的离子传导性，能够满足锂离子电池对电导率的要求。

近年来，人们对凝胶聚合物锂离子电池进行了较多的研究，如申请号为03147819.0、01117958.9、01816279.7、03120182.2、200980131065.7和201180019904.3的中国专利申请均记载了不同的凝胶聚合物电池或凝胶聚合物电解质，这些专利申请公开的凝胶聚合物电解质的制作方法主要是将液态电解液和聚合物单体加入电池或容器中，通过加入引发剂使得聚合物单体之间在光引发或热引发的作用下发生聚合，或者通过紫外线、电子射线照射等使得聚合物单体聚合，从而实现凝胶化。

但是上述各专利申请均存在以下问题：由于作为阳极活性材料的石墨的表面能低，且凝胶聚合物电解质中超过90%的成分为有机溶剂，从而导致凝胶聚合物电解质与阳极的粘接力很小。在循环过程中，由于阳极活性材料，如石墨，不断进行嵌脱锂，阳极和凝胶聚合物电解质均发生膨胀，但是二者的膨胀系数不同，从而导致电解质/石墨界面不断恶化，导致电池的阻抗增加、循环性能变差；此外，凝胶聚合物电解质与阳极之间的粘接力差，还会使得大而薄的电池容易变形，导致安全性能变差。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种凝胶聚合物锂离子电池，其通过存在于凝胶聚合物电解质中的环氧基和存在于阳极粘接剂中的氨基之间的反应而形成交联网络，使凝胶聚合物电解质与阳极紧密连接，进而避免凝胶聚合物电解质和石墨的膨胀系数不同而导致的界面变差问题，从而提升电池的机械强度和抗变形能力；此外，还能降低界面阻抗，提高电池的循环性能和动力学性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种凝胶聚合物锂离子电池，包括凝胶聚合物电解质、阴极、阳极和间隔于所述阴极和所述阳极之间的隔离膜，所述凝胶聚合物电解质包括锂盐、非水溶剂和聚合物单体，所述阳极包括阳极集流体和设置于所述阳极集流体表面的阳极膜片，所述阳极膜片包括阳极活性物质、阳极粘接剂和阳极导电剂，所述聚合物单体包含至少一种含有环氧基及双键的环氧类单体和至少一种丙烯酸酯类单体，所述阳极粘接剂包括主链或支链上含有氨基或亚氨基的聚合物。

其中，非水溶剂可以选择碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等公知的溶剂，锂盐可以选择六氟磷酸锂和四氟硼酸锂等公知的锂盐。相对于非水溶剂，锂盐的浓度为0.8-1.2M。阳极活性物质为天然石墨、人造石磨、硅合金或锡合金等公知的阳极活性物质。

其中，环氧基可与氨基或亚氨基发生交联反应，从而在凝胶聚合物电解质和阳极之间形成稳定牢固的界面，并且交联反应得到的结构机械性能大，从而能够抑制电池的膨胀；而环氧类单体中的双键则和丙烯酸酯类中的双键发生共聚反应，环氧类单体之间、以及丙烯酸酯类之间也可以发生聚合反应，制成凝胶。

作为本发明凝胶聚合物锂离子电池的一种改进，所述含有环氧基及双键的环氧类单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧基-5-己烯、3,4-环氧基-1-丁烯、单氧化异戊二烯或烯丙基缩水甘油醚。

作为本发明凝胶聚合物锂离子电池的一种改进，所述含有环氧基及双键的环氧类单体的重量为所述凝胶聚合物电解质的重量的0.2%～0.8%。若小于0.2%，则聚合物凝胶电解质/阳极的界面结合力不足以抑制电池在循环过程中的膨胀；若大于0.8%，则需要添加更多量的丙烯酸酯类单体才能实现凝胶，造成单体总量偏大，影响电池的容量。

作为本发明凝胶聚合物锂离子电池的一种改进，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸环己酯、乙烯醇二丙烯酸酯、碳酸二烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯二丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯。