[发明专利]一种聚合物电解质膜及其制备方法、以及一种聚合物锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体的说，涉及一种聚合物电解质膜及其制备方法、以及含有这种聚合物电解质膜的聚合物锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其高工作电压、高能量密度、体积小、无记忆效应、寿命长等优点，成为现阶段发展的主要能源。目前锂离子电池已经在手机、笔记本电脑、便携式数码设备等移动电子终端设备领域占据了主导地位，而且在电动汽车、空间技术、PDA、蓝牙耳机以及军事国防等诸多领域也得到了越来越广泛的应用，对其性能的要求也越来越高。

目前，国内外锂离子电池大部分采用的是液态电解质，虽然液态锂离子电池具有良好的高倍率充放电性能和低温性能，但其也有一些不利因素，例如：漏液现象、安全性欠佳等缺点。近年来，本领域的技术人员的研究方向转向安全性更高的固体锂离子电池上，并在此基础上开发了新一代的聚合物锂离子电池。与传统的液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池除保持了高电压、高比能量、循环寿命长、绿色环保以及无记忆效应等优点外，还克服了液体锂离子电池存在的漏液、起火甚至爆炸等安全性问题；并且，由于聚合物锂离子电池具有材料柔软、外形设计更加灵活，易于薄型化和任意形状化等优点，越来越发展成为通讯电气领域的理想能源。

在聚合物锂离子电池中，聚合物电解质膜是聚合物锂离子电池的关键性材料，作为锂离子电池的隔膜和电解质，聚合物电解质膜应具备较高的室温离子电导率、良好的电极界面稳定性、较宽的电化学窗口以及良好的机械性能等特性。目前，聚合物电解质膜可分为两种类型：纯固态聚合物电解质膜和凝胶型聚合物电解质膜。现有的纯固态聚合物电解质膜的离子电导率较低，最高值在10^-5-10^-4S·cm^-1数量级，不能满足锂离子电池对离子电导率的要求。而现有的凝胶型聚合物电解质膜的离子电导率能达到10^-3S·cm^-1数量级以上，但是却具有较差的机械性能。

按照高分子材料增强理论，在高分子材料中加入某些无机材料，能有效增强高分子材料的力学性能。现有技术中公开有在聚合物电解质膜中添加二氧化硅无机纳米添加剂来改善聚合物电解质膜的机械强度，但由于二氧化硅纳米颗粒只是简单的填充吸附在凝胶电解质膜的孔隙中，相互间仅靠物理作用，在提高机械强度方面作用有限，且二氧化硅纳米颗粒在电解质膜中很难分散，易堆积，导致离子电导率降低。

CN101409365公开了采用共混的方法制备掺杂纳米粒子的P(MMA-AN-VAc)基凝胶态聚合物电解质。以合成的P(MMA-AN-VAc)聚合物为基础，添加纳米粒子，与没有添加纳米粒子的P(MMA-AN-VAc)聚合物相比，所制备的掺杂纳米粒子的凝胶电解质具有更高的离子电导率、更好的机械强度、电化学和热力学稳定性。然而，由于纳米粒子具有较高的表面活性，极易发生团聚，不易分散于P(MMA-AN-VAc)聚合物中，造成聚合物电解质的不均匀性，从而影响聚合物电解质的性能，例如：离子电导率的提高有限，纳米粒子添加前为3.48×10^-3S·cm^-1，添加后为5.0×10^-3S·cm^-1，并且机械性能的提高也有限。

CN1622385公开了一种含有固体酸的全固态复合聚合物电解质及其制备方法，它由聚氧化乙烯、锂盐和固体酸组成，固体酸为或同样，当使用固体酸特别是使用纳米级固体酸时，由于其表面具有较高的表面能，极易发生团聚，对聚合物电解质的性能具有很大的影响，制备出的聚合物电解质室温电导率较低，仅能达到2×10^-5S·cm^-1，而且锂离子迁移数也较低。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的聚合物电解质膜的制备方法所制得的聚合物电解质膜的综合性能，尤其是离子电导率和机械性能较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物电解质膜的制备方法，包括下述步骤：

改性：在惰性气体气氛下，将单体溶解于第一溶剂中，加入纳米粒子，再加入引发剂混合均匀得到混合溶液，将所述混合溶液引发聚合，再将聚合反应所得的溶液进行沉淀、干燥，得到纳米粒子改性的聚合物颗粒；

制膜：将所述纳米粒子改性的聚合物颗粒溶解于第二溶剂中，得到聚合物溶液，然后采用聚合物溶液制得所述聚合物电解质膜。

本发明还提供了一种聚合物电解质膜，采用如上所述的方法制得，所述聚合物电解质膜包括聚合物基体，所述聚合物基体中掺杂有纳米粒子。