锂离子电池用聚合物、锂离子电池凝胶电解质、锂离子电池及它们的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种锂离子电池用聚合物及其制备方法、具有该种锂离子电池用聚合 物的锂离子电池凝胶电解质及其制备方法、使用该种凝胶电解质的锂离子电池及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 能源和环境是人类进入21世纪必须面对的两个严峻问题，开发新能源和清洁可 再生能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。锂离子电池自问世以来，因 满足了移动通讯和笔记本电脑迅猛发展对电源小型化、轻量化、长工作时间、长寿命、无记 忆效应和对环境无公害等要求发展极快。传统的锂电池由正极、负极、电解质溶液构成。该 种传统锂电池仅采用溶剂溶解电解质，呈液态，存在漏液的风险，安全系数低，易爆炸；且可 塑性差，制成的形状有限，无法适应所有形状的产品的要求；能量密度低，导致厚度最薄不 能低于3. 6_，无法满足超薄电子器件的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止锂离子电池漏液的 锂离子电池用聚合物。
[0004] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0005] 锂离子电池用聚合物，其特征在于，由包括异氰酸酯和聚环氧乙烷在内的原料交 联形成；所述聚环氧乙烷中的羟基与所述异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔数比为〇. 8~ 1. 2:1〇
[0006] 优选地是，所述聚环氧乙烷的化学通式为H(OCH2CH2)nOH;所述原料中包括n为 3~30的聚环氧乙烧和n为100~500的聚环氧乙烧中的一种或两种。
[0007] 优选地是，所述聚环氧乙烷的化学通式为H(OCH2CH2)nOH ;所述原料中包括n为 4~10的聚环氧乙烧和n为200~400的聚环氧乙烧中的一种或两种。
[0008] 优选地是，所述原料中，n为3~30的聚环氧乙烷与n为100~500的聚环氧乙 烷的重量比为7 :3~9 :1。
[0009] 优选地是，所述异氰酸酯的官能度大于2。
[0010] 优选地是，所述异氰酸酯的官能度为2. 5~6。
[0011] 优选地是，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯 三聚体中的一种或两种组合。
[0012] 本发明的又一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止锂离子电池 漏液的锂离子电池用聚合物的制备方法。
[0013] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0014] 锂离子电池用聚合物的制备方法，其特征在于，按上述配比将用于制备锂离子电 池用聚合物的原料混合，在40~80°C的温度下加热1~3小时，异氰酸酯与聚环氧乙烷交 联形成所述锂离子电池用聚合物。形成的所述锂离子电池用聚合物为三维网络结构。
[0015]本发明的又一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止漏液的锂离 子电池凝胶电解质。
[0016]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0017]锂离子电池凝胶电解质，其特征在于，包括电解质溶液和上述锂离子电池用聚合 物；所述电解质溶液由锂盐和有机溶剂组成；所述锂离子电池用聚合物占锂离子电池凝胶 电解质的重量百分比为1~15%，其余为所述电解质溶液。
[0018]优选地是，所述锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲 磺酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或任意几种组合。
[0019]优选地是，所述锂盐的浓度为0? 5~I. 5mol/L〇
[0020] 优选地是，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲 酯、y-丁内酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一种或任意几种组合。
[0021] 优选地是，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯；碳酸乙烯 酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的重量比为0. 5~5:0. 2~3:0. 6~7。
[0022] 本发明的另一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止漏液的锂离 子电池凝胶电解质的制备方法。
[0023]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0024]锂离子电池凝胶电解质的制备方法，其特征在于，将锂盐、有机溶剂、上述用于制 备锂离子电池用聚合物的原料按配比混合后，在40~80°C的温度下加热1~3小时，使异 氰酸酯与聚环氧乙烷反应形成锂离子电池用聚合物；所述锂离子电池用聚合物吸附所述电 解质溶液形成锂离子电池凝胶电解质。
[0025]本发明的又一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止漏液的锂离 子电池。
[0026]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0027]锂电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和上述锂离子电池凝胶电解质；所述正 极和所述负极均分别设置在所述锂离子电池凝胶电解质的两侧；所述隔膜位于所述正极和 所述负极之间。
[0028]优选地是，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的第一涂层；所述 第一涂层包括正极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂；所述正极集流体为铝箱；所述正极活 性材料为磷酸铁锂或钴酸锂；所述导电剂为石墨、碳粉中的一种或两种混合；所述粘合剂 为聚偏氟乙烯；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
[0029]优选地是，所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的第二涂层；所述 第二涂层包括负极活性材料、粘合剂和溶剂；所述负极集流体为铜箱；所述负极活性材料 为石墨；所述粘合剂为聚偏氟乙烯；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
[0030]本发明的又一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可防止漏液的锂离 子电池的制备方法。
[0031]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0032]锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0033] a.提供一壳体；所述壳体设有容腔；将上述电解质溶液、用于制备锂离子电池用 聚合物的原料按配比混合并灌入所述容腔内密封；
[0034] b.提供一正极和一负极，并将所述正极和所述负极分别设置在上述混合物的两 侦h提供一隔膜，将隔膜插入上述混合物中，并位于正极和负极之间；
[0035] c.将壳体置于40~80°C的温度下加热1~3小时，使原料交联形成锂离子电池 用聚合物；所述锂离子电池用聚合物吸附所述电解质溶液形成锂离子电池凝胶电解质。
[0036] 优选地是，还包括步骤d，对加热后的壳体进行化成处理：首先，向所述容腔内 的锂离子电池凝胶电解质通入42mA的恒定电流，通电时间为360min ;然后，向所述容腔 内的锂离子电池凝胶电解质通入85mA的恒定电流，通电时间为360min，并确保电压不超 过3. 8V;接着，向所述容腔内的锂离子电池凝胶电解质施加3. 8V恒定电压，加压时间为 120min，并确保电流不超过85mA，终止电流为8mA;最后，将容置有锂离子电池凝胶电解质 的壳体放置l〇min，得到锂离子电池。
[0037] 本发明提供的锂离子电池凝胶电解质及使用该种凝胶电解质的锂离子电池，较传 统的锂离子电池，保液能力大大提高强，可有效防止漏液，避免因漏液引起的爆炸、燃烧等 危险的发生，安全系数高。
[0038] 本发明提供的锂离子电池凝胶电解质，因其凝胶状态，可制得任意形状，可塑性大 大提高。从而采用本发明的锂离子电池凝胶电解质可制得适应任何产品需求的锂离子电 池，应用范围扩大。厚度最薄可达0. 1_，更好地适应电子器件往更薄方向发展的趋势。
[0039] 本发明提供的锂离子电池凝胶电解质及使用该种凝胶电解质的锂离子电池，较传 统的锂离子电池，电导率更高，蓄电能力更强，使用时间更长，化学性能优异。
[0040] n位于3~30之间的聚环氧乙烷为锂离子提供直径小于IOnm的微区1，与异氰酸 酯聚合形成长链，且硬度较高可达到ShoreD30~ShoreD60 (邵氏硬度），为离子的移动疏通 通道，提高离子的移动速率，提高电导率。
[0041] n位于100~500之间的聚环氧乙烷为离子提供直径大于10nm、小于50nm的微区 2。微区1的数量多于微区2的数量。离子可以在微区1或微区2中移动，也可以在微区 1和微区2之间跳跃，尚子的迁移效率大大提尚，从而使电导率大大提尚。
[0042] 多官能度异氰酸酯与聚环氧乙烷的聚合，形成了呈三维网络结构的锂离子电池用 聚合物。呈三维网络结构的锂离子电池用聚合物发散程度高，为离子的迀移提供更好的空 间环境，进一步提尚电导率。
[0043] 本发明中，异氰酸酯可提供凝胶的机械强度，还可提供和隔膜、电极良好的结合 力。
[0044] 本发明提供的锂离子电池凝胶电解质及使用该种凝胶电解质的锂离子电池，充放 电效率，电导率不低于98%，提尚电池的储能，提尚电池的能源利用率。
[0045] 本发明提供的锂离子电池凝胶电解质的制备方法及锂离子电池的制备方法，简单 快速，生产效率高。且便于方便操作。