專利名稱：一種高安全性聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高安全性聚合物電解質(zhì)以及制備方法，更 具體地說，本發(fā)明涉及一種通過在聚合物膜中加入熱傳導(dǎo)性物質(zhì)來制備高安全性聚合物電 解質(zhì)的方法。本發(fā)明還涉及可由上述方法得到的聚合物電解質(zhì)作為鋰離子電池的電解質(zhì)材 料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)、無污染等特點， 具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和戰(zhàn)略意義，成為目前最受矚目的綠色化學(xué)電源。但由于使 用有機(jī)液體電解液存在諸多由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起的安全問題。比如，液體電 解液的主要成分為碳酸酯，閃點很低、沸點也較低，在一定條件下會燃燒甚至爆炸。處于充 電態(tài)的電極材料很強(qiáng)的反應(yīng)活性，如電池出現(xiàn)過熱，會導(dǎo)致電解液中的碳酸酯被氧化和還 原，產(chǎn)生大量氣體和更多的熱，如氣體來不及釋放，電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。目 前，解決的方法是采用聚合物電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)(參見吳宇平，戴曉兵，馬軍旗，程預(yù) 江.《鋰離子電池——應(yīng)用與實踐》.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004年，pp. 301)，通過降低 電解質(zhì)與電極的反應(yīng)活性等提高鋰離子電池的安全性能。一些功能性復(fù)合聚合物材料，如 三明治夾心結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合膜，由于聚甲基丙烯酸甲酯熔點較 低，在電池過熱情況下先于聚偏氟乙烯熔化并阻塞其孔隙，從而阻斷鋰離子遷移通道使電 極反應(yīng)中止不再產(chǎn)生額外的熱量達(dá)到提高安全性能的目的(參見H. P. Zhang, P. Zhang, Z.H.Li, M. Sun, Y. P. ffu, H. Q. ffu. Anovel sandwiched membrane as polymer electrolyte for lithium ion battery. Electrochemistry Communications 9(2007) 1700-1703)。但 是，上述阻塞孔隙的不可逆反應(yīng)一旦發(fā)生，鋰離子電池便不能再被使用。如果提高聚合物電 解質(zhì)的導(dǎo)熱性能，加速熱量在電池中的傳導(dǎo)，則可以實現(xiàn)在不破壞鋰離子電池使用性能的 前提下實現(xiàn)提高其安全性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高安全性聚合物電解質(zhì)的制備方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種由這種方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚 合物膜以及該聚合物膜作為鋰離子電池電解質(zhì)材料的應(yīng)用。本發(fā)明提供的高熱傳導(dǎo)性的聚合物的制備方法，即通過將高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米 材料(如BN納米線)分散到聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑，得到聚合物膜。該方法具體步驟如 下將高熱傳導(dǎo)電絕緣性材料加入到一定濃度的聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑得到固態(tài)聚 合物膜。其中，所采用的聚合物溶液中的聚合物可以是作為聚合物電解質(zhì)中基體的聚氧化 乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，或者上述聚合物的共
3混或共聚體系；所用溶劑可以是1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或丙酮等。高熱傳導(dǎo) 電絕緣性材料主要為BN，包括納米顆粒、納米線、納米管等。所述的高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料質(zhì)量是聚合物質(zhì)量的-70%。本發(fā)明另一方面提供一種由上述方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜。本發(fā)明的還一方面是提供了由上述方法制備的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物 膜的應(yīng)用，即作為一種高安全性聚合物電解質(zhì)，該聚合物電解質(zhì)中，由于加入了高熱傳導(dǎo)性 物質(zhì)，為熱傳遞快速傳遞提供了通道，提高了鋰離子電池的安全性能，因此可應(yīng)用聚合物鋰 離子二次電池中。 本發(fā)明在術(shù)語“高熱傳導(dǎo)電絕緣性”中所用的措辭“電絕緣性”是指在本發(fā)明方法 中，所加入的高熱傳導(dǎo)性物質(zhì)必須是電子絕緣體，這是由于電子在電解質(zhì)中的傳遞將會導(dǎo) 致鋰離子電池的短路，所以所添加的物質(zhì)必須在具備高熱傳導(dǎo)性的同時具備電絕緣性。由本發(fā)明制備的具有高熱傳導(dǎo)性的聚合物膜，可以作為鋰離子二次電池的聚合物 電解質(zhì)，提高了鋰離子電池的安全性能，并有很好的離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能。且本發(fā)明操作 性強(qiáng)。由本發(fā)明采用在聚合物電解質(zhì)中加入高導(dǎo)熱電絕緣性材料的方法來提高鋰離子 電池的安全性能。這種方法簡便實用，重復(fù)性好，完全可以滿足應(yīng)用的需要。


圖1是本發(fā)明實施例得到的具有高熱傳導(dǎo)電絕緣性的聚合物膜的掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面將通過實施例和對比例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于 這些實施例。實施例1 取0. 05克BN納米線加入到4. 5克質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚 物的1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中，攪拌4-5小時后，將聚合物溶液涂布到玻璃片上，揮發(fā)溶 劑。從圖1顯示，BN納米線在聚合物膜中分散較為均勻。離子導(dǎo)電率的測試將實施例的聚合物固體膜浸入電解液一段時間后，固定在不銹鋼電極的中間。對 其進(jìn)行交流阻抗的測試，根據(jù)下述方程o = 1/RS (1)可以計算該聚合物膜的離子電導(dǎo)率，其中1是膜的厚度，R是由交流阻抗譜得到的 該聚合物膜的電阻，S為聚合物膜的面積。實施例的聚合物膜室溫電導(dǎo)率可以達(dá)到0. 35mS/ cm0熱傳遞系數(shù)測量實施例1得到的樣品其熱傳遞系數(shù)為0. 2262ff/mk,如果采用實施例中所用的純聚 偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物膜其熱傳遞系數(shù)為0. 07137W/mk。實施例2 取0. 10克BN納米線、0. 10克Si02納米線加入到4. 5克質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中，攪拌4-5小時后，將聚合物溶液 涂布到玻璃片上，揮發(fā)溶劑。實施例3 取0. 05克BN納米線加入到4. 5克質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的聚丙烯腈的1－甲基－2－吡 咯烷酮溶液中，攪拌4-5小時后，將聚合物溶液涂布到玻璃片上，揮發(fā)溶劑。通過微波輔助 崩解發(fā)泡法在聚合物中構(gòu)造微孔結(jié)構(gòu)，通過提高孔隙率提高BN在聚合物中的相對填充量。實施例4 取0. 05克BN納米線加入到4. 5克質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚丙烯腈與甲基丙烯酸甲 酯共聚物的二甲基甲酰胺溶液中，攪拌4-5小時后，將聚合物溶液涂布到玻璃片上，揮發(fā)溶 劑。通過相反轉(zhuǎn)法在聚合物中構(gòu)造微孔結(jié)構(gòu)，通過提高孔隙率提高BN在聚合物中的相對填充量。上述實施例和對比例之間的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)之間的對比說明該法得到的聚合物電解 質(zhì)其熱傳遞系數(shù)得到了很大的提高，可以明顯提高鋰離子電池的安全性能。
權(quán)利要求
一種高熱傳導(dǎo)性的聚合物的制備方法，其特征在于具體步驟如下將高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料分散到聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑，得到聚合物膜，其中，所述聚合物溶液中的聚合物是作為聚合物電解質(zhì)中基體的聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，或者為上述聚合物的共混或共聚體系；所述高熱傳導(dǎo)電絕緣性材料為BN，形態(tài)為納米顆粒、納米線或納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所用溶劑是1-甲基-2-吡咯烷酮、二 甲基甲酰胺或丙酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料質(zhì)量 是聚合物質(zhì)量分的_70%。
4.一種由權(quán)利要求書1 5任一制備方法得到的聚合物膜。
5.由權(quán)利要求4所述聚合物膜作為鋰離子二次電池的電解質(zhì)的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高安全性的聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的高熱傳導(dǎo)性的聚合物的制備方法即通過將高熱傳導(dǎo)電絕緣性納米材料如BN納米線分散到聚合物溶液中，揮發(fā)溶劑，得到聚合物膜。該聚合物可以作為鋰離子二次電池的聚合物電解質(zhì)材料，通過提高聚合物的熱傳導(dǎo)性能從而改善其安全性能。且本發(fā)明操作性強(qiáng)，制備簡單。
文檔編號C08L71/02GK101851412SQ20101016753
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者吳宇平, 張鵬, 支春義, 板東義雄, 清水真 申請人:復(fù)旦大學(xué)