[发明专利]一种聚合物分散液及其应用

说明书

本发明涉及一种聚合物分散液及其应用，分散液由溶剂、锂盐和聚合物组成；其中聚合物以分子的形式分散在溶剂中，包括聚二氧戊环、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚甲基硅氧烷、苯乙烯脂肪烯烃共聚物中的一种或两种以上，该聚合物分散液的制备方法简单，聚合物含量可控，聚合物的种类可调，容易实现大批量生产。制备的聚合物分散液提高了锂电池负极界面膜(SEI)的机械稳定性，通过本身的柔韧性有效的阻止了该界面膜的破碎脱落，大幅提高了锂电池的循环寿命。

技术领域

本发明一般性涉及聚合物的分散液，更具体涉及在锂电池中的应用。

技术背景

使用金属锂作为锂离子电池负极的活性物质，可以将电池的能量密度提高到500Wh/kg以上，比目前商品化的锂离子电池高2～3倍，十分具有吸引力。金属锂相对于标准氢电极的电位是-3.04V，可以与大部分溶剂和锂盐发生反应，反应生成一层SEI膜。膨胀和收缩，表面的SEI膜难以保持稳定，致使表面SEI膜不断形成和破裂。由于SEI的形成需要消耗电解液，这会导致电池性能快速衰减。如果能够将具有柔韧性的聚合物分散在电解液中，参与形成SEI膜，并使SEI膜具有一定的弹性，那么将有效改善SEI膜的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种提高锂电池负极界面膜稳定性的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：通过在以金属锂或硅为负极主要活性物质的锂电池的电解液中引入不溶性的聚合物分子。该不溶性聚合物分子是通过原位聚合的方式由小分子单体聚合而成。该小分子单体可以在电解液中溶解，聚合后不可以在电解液中溶解，但是可以在电解液中高度分散。使其附着在负极表面形成保护层，增加负极表面与电解液之间界面膜(SEI)的柔韧性，防止破裂。其中，常规电解质溶液与保护层直接接触，不与保护层发生化学反应，不溶解保护层。从而起到保护负极的作用。

一种聚合物分散液，由溶剂、锂盐和聚合物组成；其中聚合物在溶剂中以小分子的形式高度分散，而非溶解状态。检测方式是将纯的聚合物与溶剂混合，聚合物不溶解。

聚合物分散液，由溶剂、锂盐和聚合物组成；其中聚合物以分子的形式分散在溶剂中，包括聚二氧戊环、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚甲基硅氧烷、苯乙烯脂肪烯烃共聚物中的一种或两种以上；优选聚二氧戊环；

溶剂包括酯类溶剂和醚类溶剂中的一种或两种以上；

其中酯类溶剂为含有-(C＝O)-O-C-官能团的有机物，包括碳酸酯、羧酸酯或草酸酯中的一种或两种以上单体、或碳酸酯、羧酸酯或草酸酯单体中的一种或两种以上聚合度在2～1000的聚合物；优选聚合度为2～10；

其中醚类溶剂包括C2-C10的直链醚、C3-C10的环状链醚中的一种或两种以上单体、或C2-C10的直链醚、C3-C10环状链醚单体中的一种或两种以上聚合度在2～1000的聚合物，优选聚合度为2～10。溶剂优选乙二醇二甲醚。

聚合物和溶剂匹配优选聚二氧戊环和乙二醇二甲醚，聚二氧戊环占乙二醇二甲醚的质量比为5％～50％，进一步优选范围15％～30％。所述聚合物分散液，聚合物通过二氧戊环、环氧乙烷、偏氟乙烯、甲基硅氧烷、苯乙烯和C2-C4的脂肪烯烃的一种单体或两种以上的单体聚合而成；所述单体在所述的溶剂中溶解后在溶剂中原位聚合，生成聚合物分散且不溶于溶剂中；优选环氧乙烷聚合而成的聚环氧乙烷。这些聚合物在电解液溶剂中不会溶解，但是与溶剂之间有较强的相互作用，因而不会沉淀析出。

通过红外、紫外、超声、微波及引发剂的方式，使待聚合单体原位聚合成高聚物。优选引发剂引发聚合方式。引发剂为氟磺酸类酸性催化剂、偶氮类自由基聚合引发剂。

所述的分散液，聚合物的重均分子量从100到1万；优选100-1千。所述的分散液，聚合物在其中的质量含量为1％～35％，优选5％～20％。