CN100414765C - 锂电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种锂电池。该锂电池包括一个有阴极、阳极和置于阴极、阳极之间隔膜的电极装置，一种由固化一种组合物而制得的聚合凝胶电解质，该组合物由聚硅氧烷化合物或聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，聚乙二醇衍生物和含锂盐的有机溶剂组成。由于有效地制止了由电解液引起的溶胀现象并防止了电解液的泄漏，该锂电池可制止电池可靠性和安全性下降。

Description

锂电池
发明背景
1.发明领域
本发明涉及锂电池，更具体而言，本发明涉及一种由于使用了凝胶电解质而改进了安全性和可靠性的锂电池.
2.相关技术描述
锂二次电池组靠锂离子在阴极和阳极之间的迁移而产生电.锂二次电池组比锂镉电池或镍氢电池有较高的体积能量密度和较高的电压.锂二次电池组重量轻，与锂镉电池或镍氢电池相比，重量大约是它们的一半.因此，锂二次电池组正好适用于小型的、长时间使用的电子设备.
如上所述，由于锂二次电池组比常用的锂镉电池或镍氢电池有较高的电压特性，有较好的充电/放电循环寿命，也不引起环境问题，因而十分被看重把它作为最有希望的高性能电池.但是，由于锂二次电池组的***危险，安全是一个关键问题.
按所用电解质种类，锂二次电池组可分成锂离子电池和锂离子聚合物电池.锂离子电池一般用圆柱形或棱柱形外壳作为封接电极装置的外壳.但是，最近，一种盒已广泛地替代这种外壳.用盒作外壳的原因是重量和体积能量密度增加，可得到薄而轻的电池，并且作外壳用的材料费用可以减少.
图1是用盒作外壳的锂离子电池样品的分解透视图.
参看图1，锂离子电池包括一个有阴极11、阳极12和隔膜13的电极装置10，以及围着并气密封接电极装置10的外壳14.在这里，电极装置是这样构成的，隔膜13置于阴极11和阳极12之间并卷绕着.阴极抽头12和阳极抽头12’用作电极装置10和外界之间的通路，它们分别从阴极11和阳极12引出，形成电极终端13和13’.
图2是普通锂离子聚合物电池样品的分解透视图.
参看图2，锂离子聚合物电池包括一个有阴极、阳极和隔膜的电极装置21，以及围着并气密封接电极装置21的外壳22.用于引导电极装置21所产生的电流到外界的电通路的电极终端(或引线)24和24’，连接到阴极和阳极分别提供的阴极抽头23和阳极抽头23’上，靠预定的长度露在外壳22外面.
如上所述，在图1所示锂离子电池和图2所示锂离子聚合物电池中，电极装置10和21放在外壳14和22之中.电解液注入其中，电极终端13、13’和24、24’部分露出.然后，施加热和压力，使外壳上，下部分边缘上的热粘合剂粘结密封，由此完成该电池.
如上所述，由于电解液是在后续过程中注入的，在使用熔点低的有机溶剂情况下，电极装置和盒可能溶胀，导致电池可靠性和安全性的降低.
为了解决上述问题，提出了几种制作电池的方法，如在美国专利No.5972539、5279910、5437942和5340368中公开的那样，普通电池用紫外线或电子束固化，或者用凝胶涂敷电极板而非分开注入电解液.实际上，电极装置和盒的溶胀可能稍微减缓，但还不能满意.
发明概述
为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种聚合凝胶电解质，它能有效地制止由电解液造成的电池溶胀.
本发明的第二个目的是提供一种锂电池，由于使用了凝胶电解质，它可防止电池可靠性和安全性下降.
为了达到第一个目的，提供一种由固化一种如下组合物而制得的聚合凝胶电解质，该组合物由化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物、化学式3代表的聚乙二醇衍生物和一种含锂盐的有机溶剂组成：
[化学式1]
R1-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)n-O-R4
[化学式2]
R5-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)m-O-(CH2-CHR6-O-)x-R7
[化学式3]
H2C＝C(R’)C(＝O)(OCH2CH2)n-OR”
其中R1是-C(O)CR8＝CR9或-CR10＝R11；R2和R3独立是选自其中a是1-5的整数的CaH(2a+1)、苯基、苄基和烯丙基之一；R4是选自-C(O)CR12＝CR13R14、-CR15＝CR16R17和CaH(2a+1)(此处a是1-5的整数)之一；R5和R7独立是-C(O)CR18＝C(R19R20)或-CR21(R22R23)；R6是氢或-Ca H(2a+1)(此处a是1-5的整数)；m是1-5的整数，n是1-20的整数，x是1-15的整数；R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20，R21，R22和R23独立是氢或-CbH(2b+1)，其中b是1-5的整数；R’是氢或C H3；R”是氢、-C(＝O)CH＝CH2或-C(＝O)C(CH3)＝CH2.
化学式3代表的聚乙二醇衍生物是选自聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯至少之一.该组合物还可包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯.在该组合物中，化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物的量，以组合物重量为100份计，优选为0.1-10份.化学式3代表的聚乙二醇衍生物的量，以组合物重量为100份计，优选为0.4-50份.乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的量，以组合物重量为100份计，优选为＞0、≤5份.
为了达到本发明第二个目的，提供一种锂电池，它包括一个有阴极、阳极和置于阴极、阳极之间的隔膜的电极装置，由固化一种组合物而制得的聚合凝胶电解质，含锂盐的有机溶剂和容纳该电极装置和电解质的外壳，其组合物包括化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，化学式(3)代表的聚乙二醇衍生物：
[化学式1]
R1-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)n-O-R4
[化学式2]
R5-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)m-O-(CH2-CHR6-O-)x-R7
[化学式3]
H2C＝C(R’)C(＝O)(OCH2CH2)n-OR”
其中R1是-C(O)CR8＝CR9或-CR10＝R11；R2和R3独立是选自其中a是1-5的整数的CaH(2a+1)、苯基、苄基和烯丙基之一；R4是选自-C(O)CR12＝CR13R14、-CR15＝CR16R17和CaH(2a+1)(此处a是1-5的整数)之一；R5和R7独立是-C(O)CR18＝C(R19R20)或-CR21(R22R23)；R6是氢或-CaH(2a+1)(此处a是1-5的整数)；m是1-5的整数，n是1-20的整数，x是1-15的整数；R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20，R21，R22和R23独立是氢或-CbH(2b+1)，其中b是1-5的整数；R’是氢或CH3；R”是氢、-C(＝O)CH＝CH2或-C(＝O)C(CH3)＝CH2.
在锂电池中，以组合物的重量为100份计，组合物还优选包括0.1-5份至少一种选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的聚合引发剂.
在锂电池中，固化优选靠选自热聚合、电子束聚合和紫外线聚合至少一种方法进行，热聚合优选在温度60-100℃进行.
而且，锂盐优选是选自高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)和双三氟甲磺酰氨基化锂(LiN(CF3SO2)2)至少之一.
此外，有机溶剂优选是选自碳酸异丙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚和γ-丁内酯的至少一种溶剂.
优选地，电极装置是卷绕型，外壳是一种盒.而且，隔膜优选由聚乙烯薄片、聚丙烯薄片或其组合而成.
附图简述
通过参考附图、详细描述优选实施方案，本发明的上述目的和优点将变得更为明显，其中：
图1是说明普通锂离子电池实例的局部分解透视图.
图2是说明普通锂离子聚合物电池实例的分解透视图.
图3是表示本发明电池和比较实例电池的寿命特性曲线图.
优选实施方案的描述
常规聚合凝胶电解质是由含具有聚环氧烷，如聚环氧乙烷或聚环氧丙烷作主链，具有如丙烯酰基，乙烯基或环氧基官能团的聚合物形成的.在本发明中，由于除聚环氧烷外，使用了含硅氧烷单元和/或氧化烯单元的聚硅氧烷化合物或聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，电解质的物理和电化学性能有所改进.
本发明的聚合凝胶电解质由固化一种组合物而制得，此组合物包括化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，化学式(3)代表的聚乙二醇衍生物和含锂盐的有机溶剂：
[化学式1]
R1-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)n-O-R4
[化学式2]
R5-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)m-O-(CH2-CHR6-O-)x-R7
[化学式3]
H2C＝C(R’)C(＝O)(OCH2CH2)n-OR”
其中R1是-C(O)CR8＝CR9或-CR10＝R11；R2和R3独立是选自其中a是1-5的整数的CaH(2a+1)、苯基、苄基和烯丙基之一；R4是选自C(O)CR12＝CR13R14、-CR15＝CR16R17和CaH(2a+1)(此处a是1-5的整数)之一；R5和R7独立是C(O)CR18＝C(R19R20)或-CR21(R22R23)；R6是氢或-CaH(2a+1)(此处a是1-5的整数)；m是1-5的整数，n是1-20的整数，x是1-15的整数；R8，R9，R10 R11，R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20，R21，R22和R23独立是氢或-CbH(2b+1)，其中b是1-5的整数；R’是氢或CH3；R”是氢、-C(＝O)CH＝CH2或-C(＝O)C(CH3)＝CH2.
这里，组合物中化学式(3)代表的聚乙二醇衍生物是选自聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯及其混合物.
在化学式(1)中，n是1-20的整数，从溶解度、反应能力和电池性能观点来看，优选1-10.
该组合物还可包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯.在该组合物中，化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物的量，以组合物的重量为100份计，优选为0.1-10份.假如化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物的量，以组合物的重量为100份计，少于0.1份，改进电池性能的效果微乎其微；假如大于10份，电池性能下降.  聚乙二醇衍生物的量，以组合物的重量为100份计，优选为0.4-50份.假如聚乙二醇衍生物的量少于0.4份，固化性能降低；假如大于100份，电池性能可能衰退.聚乙二醇衍生物优选聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和聚乙二醇单甲基丙烯酸酯的混合物.这里，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的量，以组合物的重量为100份计，优选为0.5-50份；聚乙二醇单甲基丙烯酸酯的量，以组合物的重量为100份计，优选为0.4-50份.
假如加甲基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯到组合物中，与不加情形相比，可以达到改进固化性能的效果.甲基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的量，以组合物的重量为100份计，优选为＞0、≤5份.
在本发明用于形成聚合凝胶电解质的组合物中，含锂盐的有机溶剂，以组合物的重量为100份计，优选为50-95份，这里所含锂盐优选为4-15mol.假如有机溶剂的量超出这个范围，电池性能可能降低.
该组合物还可包括至少一种选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的聚合引发剂.这里聚合引发剂的量，以组合物的重量为100份计，一般可接受范围为0.1-5份.
现在描述用此组合物制备凝胶电解质的方法.
化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物可用各种方法制备.例如聚硅氧烷化合物可由端接二羟基的聚硅氧烷和烯丙酰氯反应而制得.聚硅氧烷-聚氧化烯化合物可由烯丙酰氯与由端接二羟基的聚硅氧烷和环氧乙烷反应而产生的聚硅氧烷-聚氧化烯之间反应而制得。
化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，化学式(3)代表的聚乙二醇衍生物以及乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯以上述比例混合.该比例是考虑了锂电池的电化学安全性和电池性能而作出的最佳选择.
组合物还可包括至少一种选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的聚合引发剂.
其后，再把含锂盐的有机溶剂加到组合物中，并搅拌使其混合均匀.
用热聚合、电子束聚合或紫外线聚合使混合物聚合，得到一种凝胶电解质.用热聚合时，聚合温度优选为60-100℃.
本技术领域熟知的任何锂盐和有机溶剂都可用作本发明电解质中包括的锂盐和有机溶剂而没有限定.锂盐优选为LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3和LiN(CF3SO4)2中至少一种.有机溶剂优选选自碳酸异丙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚和γ-丁内酯.
现在描述按本发明制备包含该电解液的锂电池方法.
首先，用包含电极活性材料、粘合剂、导电剂和溶剂的电极活性材料组合物在集电器上形成电极活性材料层.这里，电极活性材料层靠直接在集电器上涂布电极活性材料组合物而形成.除此之外，可把电极活性材料组合物涂布在单独的支承物上，干燥，然后从支承物上剥离薄膜，并可以把薄膜覆盖在集电器上.这里，任何一种可支承活性材料层的物体都可用作支承物，详细实例包括聚酯薄膜或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜.
在本发明中，锂复合氧化物，如LiCoO2可用作阴极活性材料，碳和石墨可用作阳极活性材料.炭黑也用作导电剂.这里导电剂的量，以电极活性材料，如LiCoO2的重量为100份计，优选为1-20份.假如导电剂的量大于20份，电极活性材料层的电导率相对减小，假如导电剂量少于1份，电极活性材料量则不合需要地缩减.
1，1-二氟乙烯-六氟丙烯(VdF/HFP)共聚物、聚偏1，1-二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯及其混合物都可用作粘合剂，粘合剂的量，以电极活性材料重量为100份计，优选为2-30份.粘合剂重量在此范围之内时，集电器和电极活性材料层之间的粘结是卓越的.
常规锂电池中所用的所有溶剂都可用作溶剂，详细实例包括丙酮和N-甲基吡咯烷酮.
本发明隔膜没有特别限定，可用的隔膜包括容易卷绕的聚乙烯隔膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜.
置隔膜于以上述方法制得的阴极和阳极板之间，用涂果冻卷薄饼的方法卷绕成电极装置(图1)或双元电池电极装置(图2).随后，把电极装置放入外壳.
下一步，把组合物注入外壳，此组合物包括0.1-10份化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，0.4-100份聚乙二醇衍生物，具体是0.5-50份聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.4-50份聚乙二醇单甲基丙烯酸酯的混合物，＞0、≤5份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和50-97份含锂盐的有机溶剂.另一方面，组合物还可包括0.1-5份选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的至少一种聚合引发剂，注入外壳.
此后，此盒被不透气地密封，然后，把所得物放在炉内，在预定温度维持预定的时间.炉内维持温度优选为60-100℃.
因此，反应结果可得到一种凝胶电解质.只要电解液以凝胶形式存在，不可能泄漏到外面，因而阻此了由于电解液泄漏而引起的电池可靠性和安全性下降.
在本发明另一个实施方案中，锂电池可如下制造.可以把包括化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物或化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，化学式(3)代表的聚乙二醇衍生物，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，含锂盐的有机溶剂以及至少一种选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的聚合引发剂的组合物铸型，然后用电子束或紫外线聚合.这里，该组合物各组分的量如上所述.
本发明的锂电池类型没有特别限定，既包括锂一次性原电池也包括锂二次电池组.锂二次电池组包括锂离子聚合物电池和锂离子电池等等.
现在通过下列实例描述本发明，但不局限于此.
[实例1]
加15g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加470gLiCoO2和15g Super-P到该混合物中，然后混合5小时，形成阴极活性材料组合物.
用具有320μm凹槽的刮刀把该阴极活性材料组合物涂布在厚147μm、宽4.9cm的铝箔上，然后干燥制得一个单元阴极板.
然后如下制造阳极板.
加50g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加449g mezocarbon纤维(MCF)(中间相碳纤维)和1g草酸到该混合物中，然后混合5小时，形成阳极活性材料组合物.
用具有420μm凹槽的刮刀把该阳极活性材料组合物涂布在厚178μm、宽5.1cm的铜箔上，然后干燥制得一单元阳极板.
与上分开，用聚乙烯隔膜(Asahi化学工业有限公司)作隔膜.此处，隔膜宽5.25cm、厚18μm.
置聚乙烯隔膜于阴极和阳极之间，以涂果冻卷薄饼的形式卷绕，制成电极装置.把制得的电极放入盒中.
混合0.2g化学式(1)代表的聚硅氧烷化合物，其中m是3，n是3，R1，R2，R3独立是甲基，R4是CH2＝C(CH3)-C(＝O)、1.8g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.5g聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、0.5g乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1g偶氮二异丁腈和30g含1M LiPF6和以体积计3∶3∶1混合比的EC/DMC/DEC(碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯)的溶剂，制备形成凝胶电解质的组合物，把3g组合物注入制得的盒电池中，并且不透气地密封.然后，制得物放在80℃的炉内维持4小时，由此完成了锂二次电池组.
[实例2]
加15g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加470gLiCoO2和15g Super-P到该混合物中，然后混合5小时，形成阴极活性材料组合物.
用具有320μm凹槽的刮刀把该阴极活性材料组合物涂布在厚147μm、宽4.9cm的铝箔上，然后干燥制得一个单元阴极板.
下一步，混合0.2g化学式(1)代表的，与实例1相同的聚硅氧烷化合物、1.8g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.5g聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、0.5g乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1g二苯甲酮和30g含1M LiPF6和以体积计3∶3∶1混合比的EC/DMC/DEC溶液的组合物，制备形成凝胶电解质的组合物.随后，用刮刀在阴极板上铸型，然后靠照射紫外固化.
然后，如下制造阳极板.
加50g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加449g mezocarbon纤维(MCF)和1g草酸到该混合物中，然后混合5小时，形成阳极活性材料组合物.
用具有420μm凹槽的刮刀把该阳极活性材料组合物涂布在厚178μm、宽5.1cm的铜箔上，然后干燥制得一个单元阳极板.
与上分开，用聚乙烯隔膜(Asahi化学工业有限公司)作隔膜.此处，隔膜宽5.25cm、厚18μm.
置聚乙烯隔膜于阴极和阳极之间，以涂果冻卷薄饼的构型卷绕，制成电极装置.把制得的电极放入盒中.由此完成了锂二次电池组.
[实例3]
除了形成凝胶电解质的组合物在阳极板而不是在阴极板上铸型外，以与实例2同样的方法完成锂二次电池组.
[实例4]
除了形成凝胶电解质的组合物既在阴极板又在阳极板上铸型外，以与实例2同样的方法完成锂二次电池组.
[实例5]
加1 5g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加470gLiCoO2和15g Super-P到该混合物中，然后混合5小时，形成阴极活性材料组合物.
用具有320μm凹槽的刮刀把该阴极活性材料组合物涂布在厚147μm、宽4.9cm的铝箔上，然后干燥制得一个单元阴极板.
然后如下制造阳极板.
加50g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加449g mezocarbon纤维(MCF)和1g草酸到该混合物中，然后混合5小时，形成阳极活性材料组合物.
用具有420um凹槽的刮刀把该阳极活性材料组合物涂布在厚178μm、宽5.1cm的铜箔上，然后干燥制得一个单元阳极板.
与上分开，用聚乙烯隔膜(Asahi化学工业有限公司)作隔膜.此处，隔膜宽5.25cm，厚18μm.
置聚乙烯隔膜于阴极和阳极之间，以涂果冻卷薄饼的形式卷绕，制成电极装置.把制得的电极放入盒中.
混合0.2g化学式(2)代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，其中m是3，n是3，x是5，R2，R3和R7独立是甲基，R5是CH2＝C(CH3)-C(＝O)-O-，R6是氢、1.8g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1g聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、0.05g乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.01g偶氮二异丁腈和30g含1M LiPF6和以体积计3∶3∶1混合比的EC/DMC/DEC的溶液，制备形成凝胶电解质的组合物，把3g组合物注入制得的盒形电池中，并且不透气地密封.然后，制得物放在80 ℃的炉内维持4小时，由此完成了锂二次电池组.
[实例6]
加15g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加470gLiCoO2和15g Super-P到该混合物中，然后混合5小时，形成阴极活性材料组合物.
用具有320μm凹槽的刮刀把该阴极活性材料组合物涂布在厚147μm、宽4.9cm的铝箔上，然后干燥制得一个单元阴极板.
下一步，混合包括0.2g化学式(2)代表的，与实例5相同的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物、1.8g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1g聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、0.05g乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.01g二苯甲酮和含1MLiPF6和以体积计3∶3∶1混合比的EC/DMC/DEC溶液，制备形成凝胶电解质的组合物.随后，用刮刀在阴极板上铸型，然后靠照射紫外固化.
然后如下制造阳极板.
加50g聚偏1，1-二氟乙烯到600ml丙酮中，球磨混合2小时使其溶解，加449g mezocarbon纤维(MCF)和1g草酸到该混合物中，然后混合5小时，形成阳极活性材料组合物.
用具有420μm凹槽的刮刀把该阳极活性材料组合物涂布在厚178μm、宽5.1cm的铜箔上，然后干燥制得一个单元阳极板.
与上分开，用聚乙烯隔膜(Asahi化学工业有限公司)作隔膜.此处，隔膜宽5.25cm、厚18μm.
置聚乙烯隔膜于阴极和阳极之间，以涂果冻卷薄饼的形式卷绕，制成电极装置.把制得的电极放入盒中.由此完成了锂二次电池组
[实例7]
除了形成凝胶电解质的组合物在阳极板而不是在阴极板上铸型外，以与实例6同样的方法完成锂二次电池组.
[实例8]
除了形成凝胶电解质的组合物既在阴极板又在阳极板上铸型外，以与实例6同样的方法完成锂二次电池组.
[比较例]
除了使用含1M LiPF6和EC/DMC/DEC(3∶3∶4)(Ube工业有限公司)的混合溶液替代形成凝胶电解质的组合物外，以与实例1同样的方法完成锂二次电池组.
测定由实例1-8和比较例制得的锂二次电池组的可靠和安全性.这里，为了测量电池的可靠性，测定了电池的寿命特性曲线.为了测量电池的安全性，也进行了刺穿试验、在高温(85℃)下的溶胀试验和在40kgf/cm2下的泄漏试验.
试验结果表明，按实例1-8制得的锂二次电池组具有基本上相同的可靠性，亦即具有与使用常规的有机电解液的比较例制得的电池有基本上相同的电池寿命特性曲线.特别是，按实例1-8和比较例制得的电池寿命特性曲线表示在图3中，图中两种电池的电池容量变化对100次循环几乎是相同的.
由安全性来看，也证明按实例1-8制得的锂二次电池比按比较例制得的锂二次电池好.这是因为使用凝胶电解质阻止了电解液往外泄漏或防止了电极装置或盒由于电解液而溶胀.
根据本发明，靠有效地制止由电解液引起的溶胀现象并防止了电解液的泄漏，可以获得一种锂电池，它可制止电池可靠性和安全性下降.
虽然，参阅优选实例已描述了本发明，上述公开内容应该说仅是解说性的，而且应该理解为在不违反本发明精神的条件下，本领域技术人员可容易地进行各种改进和变更.此外，本发明的真正范围和精神应由下列权利申请来确定.

Claims (14)

1. 一种由固化一种如下组合物而制备的聚合凝胶电解质，该组合物含有化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物，化学式3代表的聚乙二醇衍生物和一种含锂盐的有机溶剂：
[化学式1]
R1-O-(CH2)m-[Si(R2R 3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)n-O-R4
[化学式2]
R5-O-(CH2)m-[Si(R2R3)-O]n-Si(R2R3)-(CH2)m-O-(CH2-CHR6-O-)x-R7
[化学式3]
H2C＝C(R’)C(＝O)(OCH2CH2)n-OR”
其中R1是-CH3；R2和R3独立是选自其中a是1-5的整数的CaH(2a+1)、苯基、苄基和烯丙基之一；R4是选自R14R13C＝CR12-C(＝O)-、-CR15＝CR16R17和-CaH(2a+1)之一，其中a是1-5的整数；R5和R7独立是-C(O)CR18＝C(R19R20)或-CR21(R22R23)；R6是氢或-CaH(2a+1)，其中a是1-5的整数；m是1-5的整数，n是1-20的整数，x是1-15的整数；R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20，R21，R22和R23独立是氢或-CbH(2b+1)，其中b是1-5的整数；R’是氢或CH3；R”是氢、-C(＝O)CH＝CH2或-C(＝O)C(CH3)＝CH2；
其中，以组合物的重量为100份计，化学式1代表的聚硅氧烷化合物或化学式2代表的聚硅氧烷-聚氧化烯化合物的量是0.1-10重量份；化学式3代表的聚乙二醇衍生物的量是0.4-100重量份；含锂盐的有机溶剂的量是50-97重量份；
其中固化靠选自热聚合、电子束聚合和紫外线聚合的至少一种方法进行；和
其中锂盐选自高氯酸锂LiClO4、四氟硼酸锂LiBF4、六氟磷酸锂LiPF6、六氟砷酸锂LiAsF6、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3和双三氟甲磺酰氨化锂LiN(CF3SO2)2的至少一种，而有机溶剂选自碳酸异丙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚和γ-丁内酯的至少一种。
2. 根据权利要求1的聚合凝胶电解质，其中聚乙二醇衍生物是选自聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯的至少之一。
3. 根据权利要求1的聚合凝胶电解质，其中该组合物还包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
4. 根据权利要求3的聚合凝胶电解质，其中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的量，以组合物的重量为100份计，为＞0、≤5重量份。
5. 根据权利要求1的聚合凝胶电解质，其中该组合物还包括，以组合物的重量为100份计，0.1-5重量份选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的至少一种聚合引发剂。
6. 根据权利要求1的聚合凝胶电解质，其中热聚合在温度60-100℃进行。
7. 一种锂电池，包括一个具有阴极、阳极和置于阴极、阳极之间的隔膜的电极装置；
一种权利要求1所定义的聚合凝胶电解质；和一种容纳电极装置和电解质的外壳。
8. 根据权利要求7的锂电池，其中聚乙二醇衍生物是选自聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯的至少之一。
9. 根据权利要求7的锂电池，其中该组合物还包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
10. 根据权利要求9的锂电池，其中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的量，以组合物的重量为100份计，为＞0、≤5重量份。
11. 根据权利要求7的锂电池，其中该组合物还包括，以组合物的重量为100份计，是0.1-5重量份选自二苯甲酮、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰和偶氮二异丁腈的至少一种聚合引发剂。
12. 根据权利要求7的锂电池，其中热聚合在温度60-100℃进行。
13. 根据权利要求7的锂电池，其中电极装置是卷绕型，外壳是一种盒。
14. 根据权利要求7的锂电池，其中的隔膜是由聚乙烯薄片、聚丙烯薄膜或它们组合而成。
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