专利名称：一种凝胶型聚合物电解质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池技术领域的电解质及其制备方法，尤其是涉及一种凝胶型聚合物电解质及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池具有能量密度大、输出电压高、输出功率大、低自放电、工作温度范围宽，充放电速度快等优点，因此，锂离子电池广泛应用于消费电子产品、航空军工产品等。目前锂离子电池所使用的电解质基本上是含锂盐的有机溶剂电解液，常常带来泄漏、易燃、易爆等安全性问题，因而安全性更高的凝胶型聚合物电解质作为传统电解液的代替品引起了研究者们的重视。凝胶型聚合物电解质是由聚合物、增塑剂和锂盐等制备的，通过一定方法形成具有合适微结构的聚合物网络，利用固定在微结构中的锂离子的迁移实现离子传导。增塑剂与锂盐的相互作用在有利于促进锂盐的解离和锂离子的运动，从而达到较高的离子电导率。聚合物网络骨架中交联结构的存在有利于提高凝胶型聚合物电解质的力学强度和稳定性。凝胶型聚合物电解质能够同时获得较好的离子电导率和力学性能，还起着隔膜的作用， 应用于锂离子电池有利于制备安全可靠、外形多变、性能优良的电池。CN101440177A公开了一种聚合物固体电解质的制备方法，该方法将环氧树脂与丁腈橡胶共混作为电解质的基体，通过溶液浇铸法制得含有高氯酸锂的聚合物固体电解质。 该电解质不含小分子有机溶剂，室温下电导率达到1.81X10_4S/cm，但是电解质中高氯酸锂含量过高，易从电解质表面析出结晶，而且聚合物基体中不存在化学键交联的网络结构，尺寸稳定性较差，从而使电解质与电极接触不良，锂离子电池的界面电阻增大功率下降。CN 101125935A公开了一种半互穿网络凝胶聚合物电解质膜的制备方法，该方法首先通过溶胶-凝胶法制备甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷水解交联产物，然后在紫外辐照下引发与二甲基丙烯酸聚乙二醇酯和丁腈橡胶共混物的交联反应，最后将得到的半互穿网络聚合物母体直接吸附电解液活化。用该方法制备的凝胶聚合物电解质薄膜虽然30°C下电导率达到10_3S/cm以上，但是由于电解液吸附量较大，易从聚合物基体中渗出，而且含有残留的光引发剂分子，降低了该电解质的工作稳定性，此外制备流程较为复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于锂离子电池技术领域的安全稳定、易于制备、性能优良的凝胶型聚合物电解质及其制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种凝胶型聚合物电解质，包括以下组分及重量份含量端氨基丁腈橡胶1 ；环氧化多面体聚倍半硅氧烷0. 05 0. 2 ；锂盐0.2 0.6;
1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐0. 2 1。所述的端氨基丁腈橡胶的丙烯腈含量为10 ^wt %，布氏粘度为180，000 500，OOOcP，氨基当量为700 1200，胺值为47 80。所述的环氧化多面体聚倍半硅氧烷为环氧化环己基多面体聚倍半硅氧烷或缩水甘油醚多面体聚倍半硅氧烷中的任意一种。所述的锂盐为高氯酸锂、三氟甲磺酸锂或双三氟甲磺酰亚胺锂中的任意一种。一种凝胶型聚合物电解质的制备方法，包括以下工艺步骤将1重量份端氨基丁腈橡胶、0. 2 0. 6重量份锂盐、0. 05 0. 2重量份环氧化多面体聚倍半硅氧烷、0. 2 1重量份1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐在30重量份四氢呋喃中磁力搅拌30分钟，得到均一透明的混合溶液，浇铸到聚四氟乙烯模具中，待四氢呋喃挥发完全后，在100°C烘箱中热处理6小时，即得到凝胶型聚合物电解质。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)本发明采用溶液浇铸后热处理固化成膜，所得的凝胶型聚合物电解质的电导率在30°C下可达2. OOX 10_4S/cm，且本发明操作简单，成膜容易，易于制备加工成各种形状。(2)本发明的凝胶型聚合物电解质用于锂离子电池可以同时具备电解质和隔膜的作用，且有助于避免传统有机电解液存在的易泄漏、易燃易爆的危险。(3)本发明的凝胶型聚合物电解质具有良好的粘弹性和尺寸稳定性，可与电极有良好接触，有助于减小界面电阻。(4)本发明的凝胶型聚合物电解质具有较宽的电化学稳定窗口，达到4V，符合锂离子电池的应用要求。(5)本发明的凝胶型聚合物电解质具有良好的热稳定性，在30 70°C范围内电导率的变化符合Arrhenius方程。
图1为实施例1制备的凝胶型聚合物电解质在不同温度下测试的交流阻抗谱图；图2为实施例1制备的凝胶型聚合物电解质在不同温度下的离子电导率；图3为实施例3制备的凝胶型聚合物电解质的循环伏安图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例使用的分析方法如下交流阻抗分析Eco Chemie公司的Autolab PGSTA302型电化学工作站，频率范围为IMHz 1Hz，将制得的凝胶型聚合物电解质夹在不锈钢阻塞电极之间组装成密闭良好的测试体系，在达到设定温度半小时后进行交流阻抗测试，通过得到的交流阻抗谱图计算凝胶型聚合物电解质的电导率
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权利要求
1. 一种凝胶型聚合物电解质，其特征在于，该电解质包括以下组分及重量份含量瑞安基丁腈橡胶 1；环氧化多面体聚倍半硅氧烷 0.05～0.2；锂盐 0.2～0.6；
2.根据权利要求1所述的一种凝胶型聚合物电解质，其特征在于，所述的端氨基丁腈橡胶的丙烯腈含量为10 ^wt %，布氏粘度为180,000 500，000cP，氨基当量为700 1200，胺值为47 80。
3.根据权利要求1所述的一种凝胶型聚合物电解质，其特征在于，所述的环氧化多面体聚倍半硅氧烷为环氧化环己基多面体聚倍半硅氧烷或缩水甘油醚多面体聚倍半硅氧烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种凝胶型聚合物电解质，其特征在于，所述的锂盐为高氯酸锂、三氟甲磺酸锂或双三氟甲磺酰亚胺锂中的任意一种。
5.一种凝胶型聚合物电解质的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下工艺步骤将1重量份端氨基丁腈橡胶、0. 2 0. 6重量份锂盐、0. 05 0. 2重量份环氧化多面体聚倍半硅氧烷、0. 2 1重量份1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐在30重量份四氢呋喃中磁力搅拌30分钟，得到均一透明的混合溶液，浇铸到聚四氟乙烯模具中，待四氢呋喃挥发完全后，在100°C烘箱中热处理6小时，即得到凝胶型聚合物电解质。
全文摘要
本发明涉及一种凝胶型聚合物电解质及其制备方法，采用端氨基丁腈橡胶作为固体电解质的基体，将基体与锂盐、环氧化多面体聚倍半硅氧烷、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐一起溶于有机溶剂中，将溶液浇铸到聚四氟乙烯模板上，待四氢呋喃挥发后通过在烘箱中热处理，即可得到凝胶型聚合物电解质膜。与现有技术相比，本发明操作简单成膜容易，制得的膜光滑均匀，不但力学性能良好，而且有高的室温电导率和电化学稳定窗口，具有用作锂离子电池固体电解质材料的应用前景。
文档编号H01M10/0565GK102368564SQ20111031277
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月16日 优先权日2011年10月16日
发明者任文坛, 张勇, 李明 申请人:上海交通大学