聚合物电解液、可再充电的锂电池以及制备可再充电的锂电池的方法技术

聚合物电解液包括一种有机电解质溶液和一种与该有机电解质溶液浸入在一起的复合纤维。该有机电解质包括溶解在一种非水溶剂中的锂盐。该复合纤维包括一种通过非水溶剂可胶凝的纤维，和一种不能通过该非水溶剂胶凝的纤维。胶凝纤维具有至少两个酸性基团和至少两个胶可凝官能团。胶凝纤维通过二价或多价碱性交联剂交联，从而使复合纤维交联。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合物电解液，一种含有该聚合物电解液的可再充电的锂电池，以及制备该可再充电锂电池的方法。
技术介绍
微型化便携式电子设备的发展开创了对更轻更小的各种形状的可再充电锂电池的需求。可再充电的锂电池可划分为两类，即锂离子电池或锂离子聚合物电池。与使用液体电解液的锂离子电池不同，锂离子聚合物电池使用一种固体电解液例如聚合物电解液。因此锂离子聚合物电池比锂离子电池更轻并具有更小的体积。而且，锂离子聚合物电池能够制成各种形状。含有聚合物电解液的可再充电锂电池可以进一步分为物理-凝胶电池和化学-凝胶电池。物理凝胶电池可按照下述方法制备将一种有机电解质溶液加入到一种聚合物中，加热所得到的混合物以便溶解该聚合物，从而产生糊膏，将该糊膏涂覆到正极和负极上，将涂覆的电极与隔板组装在一起，从而制备电极组件，将该电极组件插入到电池壳体中，而后将该电极组件密封在电池壳体中。在物理凝胶电池中使用的聚合物通常是在室温下的有机电解质溶液中溶胀，并且在80～100℃的温度范围内溶解的材料。溶胀性能影响胶凝作用。在化学凝胶电池的制备方法中，正极、隔膜和负极全部组装在一起，制成电极组件。而后，将该电极组件插入到电池壳体中。将一种有机电解质，乙烯基单体，和聚合引发剂注入到电池壳体中。通过注入有机电解质，乙酰基单体和聚合引发剂，该聚合引发剂与单体反应在电池壳体中聚合，从而制备化学凝胶聚合物电池。在化学凝胶电池制备方法中使用的单体是在室温下的有机电解质溶液中易于溶胀的。物理凝胶电池和化学凝胶电池的离子导电率分别在约2mS/cm和约3mS/cm范围内。物理凝胶电池和化学凝胶电池均有缺陷。物理凝胶电池的缺陷是当温度升高时聚合物溶解在有机电解质溶液中，导致液体泄漏。化学凝胶电池的缺陷之一包括由于乙酰基单体和聚合引发剂之间的不完全聚合导致充电受损。化学凝胶电池的另一个缺陷是聚合引发剂与乙酰基单体之间的聚合反应导致产生气体。化学凝胶电池的再一个缺陷是制备聚合物电解液时单体通常聚合不充分。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种具有良好耐热性且在室温下或在高温下不溶于有机电解质溶液中的聚合物电解液。本专利技术的另一个目的是提供一种含有该聚合物电解液的可再充电锂电池。本专利技术的又一个目的是提供一种含有该聚合物电解液的可再充电锂电池的制备方法。本专利技术的其它目的和优点将在下面的说明书中说明，本专利技术通过说明书的描述将变得显而易见，或者通过本专利技术的实践可以得知。这些和其它目的可以通过本专利技术一个实施方案的聚合物电解液来实现，其中包括一种有机电解质溶液和浸入在该有机电解质溶液中的复合纤维。本专利技术的一个方面是一种有机电解质溶液，包括溶解在非水溶剂中的锂盐。根据本专利技术的另一个实施方案，所述复合纤维包括含有至少两个酸性基团和至少两个可胶凝官能团的可胶凝纤维。根据本专利技术的再一个方面，复合纤维还包括不可胶凝的纤维。根据本专利技术又一个方面，可胶凝纤维是通过非水溶剂胶凝的，并且不可胶凝纤维在该非水溶剂作用下不发生胶凝。根据本专利技术的还一个方面，在复合纤维中的可胶凝纤维通过二价或多价的碱性交联剂交联，由此交联复合纤维，其中可胶凝纤维通过有机电解质溶液胶凝。根据本专利技术再一个实施方案，可胶凝纤维含有至少两个碱性基团，其中交联剂是二价或多价酸性交联剂。根据本专利技术的再一个实施方案，涉及一种可再充电的锂电池，其包括聚合物电解液，正极和负极，其中正极和负极嵌入和脱出锂离子。根据本专利技术的在一个实施方案，涉及一种制备可再充电锂电池的方法，其包括将可胶凝纤维与不可胶凝纤维混合，来制备作为原料聚合物的复合纤维。本专利技术的一个方面涉及将一种原料聚合物，一个正极和一个负极插入到电池壳体中，随后加入凝胶液体，该凝胶液体是通过将二价和多价碱性或酸性交联剂与一种有机电解质溶液相混合制备的。 附图说明本专利技术的这些和其它目的和优点通过下面结合附图对优选实施方案的说明将变得显而易见和更易于理解图1是根据本专利技术一个实施方案的聚合物电解液的交联结构的示意图；图2是根据本专利技术一个实施方案的可再充电锂电池的透视图；图3A～3E是本专利技术一个实施方案中表明聚合物电解液制备的流程图；以及图4是根据本专利技术一个实施方案的可再充电锂电池的充放电特性图。实施方案的详细描述下面将对本专利技术的实施方案作详细说明，其中的实施例示于附图中，并在具体实例中予以说明，其中相同的参考数字代表相同的元件。下面说明实施方案以便通过参考附图解释本专利技术。根据本专利技术一个实施方案的聚合物电解液包括一种有机电解质溶液和浸入在该有机电解质溶液中的复合纤维，其中有机电解质溶液包括溶解在非水溶剂中的锂盐，并且该复合纤维包括可胶凝纤维和不可胶凝纤维。根据本专利技术的一个方面，可胶凝纤维是能够通过非水溶剂胶凝的纤维，并且不可胶凝纤维是不能通过非水溶剂胶凝的纤维。在复合纤维中的可胶凝纤维通过非水溶剂来胶凝。复合纤维中的可胶凝纤维在有机电解质溶液中溶胀影响胶凝，因此复合纤维中的有机电解质溶液的整合程度取决于有机电解质溶液中可胶凝纤维的溶胀程度。在本专利技术的一个实施方案中，可胶凝纤维具有至少两个酸性基团，和至少两个可胶凝的官能团。在另一实施方案中，可胶凝的纤维具有至少两个碱性基团而不是酸性基团。一方面，可胶凝的纤维具有酸性基团，用二价或多价碱性交联剂交联。另一方面，可胶凝的纤维具有碱性基团，用二价或多价酸性交联剂交联。通过碱性或酸性交联剂交联的酸性基团或碱性基团有助于保持复合纤维的结构，从而使凝胶部分难以从复合纤维上分离。而且，交联反应取决于氧化还原反应，由此该反应可以完全进行，并且可产生充分交联结构。在本专利技术的一个方面中，在可胶凝纤维中的酸性基团或碱性基团与碱性或酸性交联剂反应形成刚性交联结构，在高温下不发生断裂。此种刚性结构允许有机电解质溶液充分保留，这导致聚合物电解液优良的耐热性。在可胶凝纤维中的酸性基团选自羧酸基团和磺酸基团。此种酸性基团具有相对高的酸性，并且因此形成相当刚性的结构。二价或多价碱性交联剂可以是含有氮丙啶环-(亚乙基胺基)-化合物，含氨基-化合物，或其混合物。根据本专利技术的一个实施方案，二价或多价碱性交联剂包括含氮丙啶环化合物。在另一个实施方案中，碱性交联剂为具有至少两个氮丙啶环的化合物。在本专利技术的一个方面中，具有氮丙啶环的交联剂通过开环反应以及氧化还原反应与可胶凝纤维中的酸性基团反应。因此，具有氮丙啶环的交联剂与可胶凝纤维之间的键比不具有氮丙啶环的交联剂与可胶凝纤维之间的键强。具有氮丙啶环的交联剂与锂配合形成凝胶。开环的氮丙啶环相互反应使碱性交联剂聚合。其结果是，所获得的聚合物电解液具有非常复杂的交联结构，这导致优良的有机电解质溶液保持率和优良的耐热性。在本专利技术的一个方面中，在可胶凝纤维中的碱性基团选自吡啶基和二甲氨基。此种碱性基团具有相对高的碱性，因此形成相当刚性的结构。在该情况下，交联剂是酸性交联剂而不是碱性交联剂。酸性交联剂是选自由下述通式代表的化合物，即通式A，通式B，通式C，通式D，通式E，通式F化合物或其混合。HOOC-Cm2H2m2-COOH (A)HOOC-(CH2O)m3-COOH (B)HOOC-(C2H4O)m3-COOH (C)HO3S-Cm4H2m4-SO3H(D)HO3S-(CH2O)m5-SO3H(E)HO3S-(C2H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可再充电锂电池的聚合物电解液，包括：一种有机电解质溶液，含有溶解在非水溶剂中的锂盐；以及一种复合纤维，其浸入在该有机电解质溶液中，该复合纤维包括：一种可胶凝纤维，其通过非水溶剂可以胶凝，通过二价或多价碱性交联剂交联，并且 通过有机电解质溶液胶凝，以及，一种不可胶凝纤维，其不能通过非水溶剂胶凝，其中可胶凝纤维含有至少两个酸性基团和至少两个可胶凝的官能团。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山口滝太郎，清水竜一，郑喆洙，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]