[发明专利]凝胶聚合物电解质基体材料、电解质及电池

说明书

本发明涉及凝胶聚合物电解质基体材料、电解质及电池，属于凝胶电解质技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种凝胶聚合物电解质基体材料。该凝胶聚合物电解质基体材料，由有机磺酸盐接枝聚乙烯醇和反应单体自由基聚合而成，其中，所述反应单体包括N,N‑二乙基氰丙烯酰胺。本发明凝胶聚合物电解质基体材料，可以采用普通方法浇注成膜，所得膜用有机电解质溶液浸渍后，得到凝胶聚合物电解质膜，其吸液率小、离子电导率高并具有良好机械强度，可用做聚合物电解质，替代液态电解质以改善锂离子电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及凝胶聚合物电解质基体材料、电解质及电池，属于凝胶电解质技术领域。

背景技术

目前市场上锂离子电池主要是使用有机电解质溶液作为锂离子传导介质，当电池出现过充电、过热、短路、撞击时，易发生燃烧爆炸等安全事故。

为了提高锂离子电池的安全性，使用聚合物电解质替代液态电解质作为锂离子传导介质，这是改善锂离子电池的安全性行之有效的技术方案。这种聚合物电解质制备的电池，其电池电活性物质及工作原理与液态锂离子电池的基本相同，但采用的不是游离的电解液，而是固态或者是半固态的聚合物电解质，克服了液体电解质电池存在的易漏液、短路、安全性差等问题。

全固态聚合物电解质主要是把锂盐溶于高分子量的聚合物如聚氧化乙烯或聚氧化丙烯中制成，这类聚合物电解质通常用溶剂挥发涂膜技术制备，聚合物基质主要包括聚醚以及聚醚与聚硅烷、聚磷化物均聚物或共聚物。由于这种聚合物电解质中离子导电是通过聚合物分子的链段运动来实现，因此其室温下离子电导率低，一般不超过10^-5Scm^-1，目前还不具备商业应用价值。

凝胶聚合物电解质通常由聚合物基体、增塑剂和电解质锂盐组成，电解质溶液的有机溶剂和电解质锂盐一起被固化在聚合物基质的网络结构中，以此来实现离子传导。凝胶聚合物电解质的离子电导率随所含电解质溶液的含量增加而提高，在较高电解质溶液含量情况下，电导率可接近液体电解质的离子电导率，且远高于全固态聚合物电解质的电导率。高电解质溶液含量的凝胶聚合物电解质虽有助于提高电池性能，但导致凝胶聚合物电解质机械强度变差，无助于改善电池的安全性能，散失了凝胶聚合物电解质改善锂电池安全性的初衷。凝胶聚合物电解质离子电导率与力学性能存在的此消彼长的矛盾是凝胶聚合物电解质发展亟待解决的重要问题。

凝胶聚合物电解质通常都是选用溶解度参数与电解液的有机溶剂溶解度参数相近的聚合物为基体，使用浓度为1.0mol.L^-1电解液对聚合物基体进行浸渍溶胀而获得。聚合物电解质离子电导率与单位体积中自由离子数有关，只有在较高的单位体积自由离子浓度情况下，聚合物电解质才能达到较高的离子电导率。聚合物电解质要达到满足电池使用的电导率，有机电解液的吸收量则需为聚合物基体自身重量的300～500％，在如此高的电解液的吸收量，又由于电解液的溶剂亦是聚合物基体的良溶剂且相互相溶，在良溶剂的作用下聚合物基体内聚能降低，导致聚合物电解质的机械强度迅速下降、力学性能变差。

发明内容

针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种凝胶聚合物电解质基体材料，该聚合物电解质只需吸收少量的有机电解液，就能显现较高的离子电导率，同时并保特良好的机械强度。

本发明凝胶聚合物电解质基体材料，由有机磺酸盐接枝聚乙烯醇和反应单体自由基聚合而成，其中，所述反应单体包括N,N-二乙基氰丙烯酰胺。

在本发明的一个实施方式中，N,N-二乙基氰丙烯酰胺的重量为有机磺酸盐接枝聚乙烯醇重量的50～200％。在优选的实施例中，N,N-二乙基氰丙烯酰胺的重量为有机磺酸盐接枝聚乙烯醇重量的100～150％。

在本发明的一个实施方式中，所述有机磺酸盐接枝聚乙烯醇采用以下方法制备而成：聚乙烯醇辐照活化后，与有机磺酸盐单体进行接枝反应，得到有机磺酸盐接枝聚乙烯醇，有机磺酸盐单体重量为聚乙烯醇重量的5～150％。