包含凝胶聚合物电解质的二次电池及其制备方法与流程

本申请要求2021年10月6日提交的韩国申请no.10-2021-0132112的优先权，其公开内容通过引用并入本文。本发明涉及包含凝胶聚合物电解质的二次电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技发展，对作为能源的锂电池的需求已显著增长，以及对于电子设备的需求也已增长，在这些二次电池中，能量密度高且电压高的锂二次电池已商业化并广泛使用。

2、通常，作为锂二次电池的电解质，主要使用液体电解质，特别地，是盐溶解在非水性有机溶剂中得到的离子导电的有机液体电解质。

3、然而，这种液体电解质的缺点在于有机溶剂不仅高度易挥发，而且由于环境温度和电池本身温度升高导致燃烧所以稳定性低。

4、于是，为了将聚合物电解质(例如凝胶聚合物电解质)商业化以代替液体电解质，近来已出现相应研究。

5、因为与液体电解质相比，凝胶聚合物电解质具有更好的电化学稳定性，所以不仅电池的厚度可以保持恒定，而且由于凝胶相固有的粘附力而可以制备具有优异稳定性的薄膜型电池。

6、使用凝胶聚合物电解质的电池如下制备：将可聚合的单体或低聚物与聚合引发剂混合于盐溶解在非水性有机溶剂中得到的液体电解质溶液中，以制备组合物，之后，将所述组合物注入包含卷绕或堆叠有正极、负极和隔膜的电极组件的电池中，并在合适的温度和时间条件下使所述组合物胶凝(交联)。

7、虽然正在研究固化程度提高的凝胶聚合物电解质以便即使在锂二次电池损坏时也能防止电解质泄漏到外部并增加安全性，但是问题在于，因为凝胶聚合物电解质的固化程度提高时，界面电阻增加且离子导电性降低，所以锂二次电池的电池性能下降。

8、因此，需要开发一种二次电池，其中使用既改善电池的稳定性又改善其性能的凝胶聚合物电解质。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明的一个方面提供了一种制备二次电池的方法，其中使用低聚物含量彼此不同的第一凝胶聚合物电解质组合物和第二凝胶聚合物电解质组合物。

3、本发明的另一个方面提供了一种二次电池，通过将界面电阻彼此不同的第一凝胶聚合物电解质和第二凝胶聚合物电解质设置于二次电池的特定位置，其可以改善二次电池的电化学性能，可以改善刚度(rigidity)，并且可以防止电解质泄漏。

4、[技术方案]

5、根据本发明的一个方面，其提供了一种制备二次电池的方法，其包括以下步骤：(s1)制备包含第一低聚物的第一凝胶聚合物电解质组合物，以及包含第二低聚物的第二凝胶聚合物电解质组合物；(s2)将第一凝胶聚合物电解质组合物注入容纳有电极组件的电池外壳中，从而用第一凝胶聚合物电解质组合物浸渍电极组件内部；(s3)将第二凝胶聚合物电解质组合物注入电池外壳中；和(s4)固化第一凝胶聚合物电解质组合物和第二凝胶聚合物电解质组合物，其中第一凝胶聚合物电解质组合物中第一低聚物的含量少于第二凝胶聚合物电解质组合物中第二低聚物的含量。

6、根据本发明的另一个方面，其提供了一种二次电池，其包含：交替设置有正极、隔膜和负极的电极组件，容纳电极组件的电池外壳，以及电解质，其中所述电解质包含设置于电极组件内部的第一凝胶聚合物电解质，以及设置于电极组件外部的第二凝胶聚合物电解质，且第一凝胶聚合物电解质的界面电阻小于第二凝胶聚合物电解质的界面电阻。

7、[有利效果]

8、本发明的二次电池制备方法的特征在于，因为低聚物含量低的第一凝胶聚合物电解质组合物首先注入，而第二凝胶聚合物电解质组合物后注入，所以由第一凝胶聚合物电解质组合物形成的凝胶聚合物电解质浸渍电极组件内部，而由第二凝胶聚合物电解质组合物形成的凝胶聚合物电解质设置于电极组件外部。于是，因为低聚物含量彼此不同的第一凝胶聚合物电解质组合物与第二凝胶聚合物电解质组合物分别在电极组件的内部和外部固化形成凝胶聚合物电解质，所以可以改善通过以上制备方法制备的二次电池的界面电阻和刚度。

9、另外，本发明的二次电池的特征在于，其包含设置于电极组件内部的第一凝胶聚合物电解质和设置于电极组件外部的第二凝胶聚合物电解质，且第一凝胶聚合物电解质的界面电阻小于第二凝胶聚合物电解质的界面电阻。因为第一凝胶聚合物电解质的界面电阻较低，所以当第一凝胶聚合物电解质浸渍电极组件内部时可以改善正极和负极之间的锂迁移率。因为第二凝胶聚合物电解质的界面电阻较高但具有较高的刚度，所以当第二凝胶聚合物电解质设置于电极组件外部时，其可以有效地保护电极组件免受外部冲击，并且可以防止电解质外漏。

技术特征：

1.一种制备二次电池的方法，其包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其在步骤(s2)之后进一步包括固化第一凝胶聚合物电解质组合物的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中，第一凝胶聚合物电解质组合物和第二凝胶聚合物电解质组合物中的至少一种包含锂盐。

4.如权利要求1所述的方法，其中，第一凝胶聚合物电解质组合物和第二凝胶聚合物电解质组合物中的至少一种包含聚合引发剂。

5.如权利要求1所述的方法，其中，第一凝胶聚合物电解质组合物在25℃的粘度为6cp以下，并且，第二凝胶聚合物电解质组合物在25℃的粘度为10cp以上。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(s4)中，在向所述电池外壳中注入第二凝胶聚合物电解质组合物之后立即进行所述固化。

7.如权利要求1所述的方法，其中，第一低聚物和第二低聚物各自独立地包括选自聚醚类低聚物、聚碳酸酯类低聚物、聚丙烯酸酯类低聚物、聚硅氧烷类低聚物、磷腈类低聚物、聚乙烯类低聚物、聚氨酯类低聚物、环氧类低聚物、氟类低聚物、聚环氧乙烷、聚酯硫醚、聚乙烯醇和聚偏二氟乙烯组成的组中的至少一种。

8.如权利要求1所述的方法，其中，第一低聚物和第二低聚物各自独立地包括选自四氟乙烯(tfe)-乙酸乙烯酯共聚物、(烯丙基1,1,2,2-四氟乙基醚)-(2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯)共聚物、四氟乙烯-(2-乙烯基-1,3-二氧戊环)共聚物以及四氟乙烯-甲基丙烯酸乙烯酯共聚物中的至少一种。

9.一种二次电池，其包含：

10.如权利要求9所述的二次电池，其中，第一凝胶聚合物电解质的界面电阻在2.0mω至2.6mω范围内。

11.如权利要求9所述的二次电池，其中，第二凝胶聚合物电解质的界面电阻在2.6mω至3.0mω范围内。

12.如权利要求9所述的二次电池，其中，所述二次电池的刚度在5mpa/2mm至10mpa/2mm范围内。

技术总结
本发明涉及一种制备二次电池的方法，其包括以下步骤：(S1)制备包含第一低聚物的第一凝胶聚合物电解质组合物和包含第二低聚物的第二凝胶聚合物电解质组合物；(S2)将第一凝胶聚合物电解质组合物注入容纳有电极组件的电池外壳中，从而用第一凝胶聚合物电解质组合物浸渍电极组件内部；(S3)将第二凝胶聚合物电解质组合物注入电池外壳中；和(S4)固化已注入电池外壳的第一凝胶聚合物电解质组合物和第二凝胶聚合物电解质组合物，其中第一凝胶聚合物电解质组合物中第一低聚物的含量少于第二凝胶聚合物电解质组合物中第二低聚物的含量。

技术研发人员：林太燮,柳志勋,金东规,尹汝敏
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15