[發明專利]鋰離子電池聚合物電解質用接枝共聚物基體及制備方法

有效

• 申請號: 201410206921.3
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103996870A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 何丹農;嚴鵬;張春明;王丹;吳曉燕;楊揚;黃昭
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及新能源材料領域，具體地說是鋰離子電池聚合物電解質用接枝共聚物基體及其制備方法。

背景技術

為了解決鋰離子電池的安全問題，聚合物電解質被提出來取代液態電解質。經過30年的研究發現，聚合物電解質(Wright?P?V.?Br.?Polym.?J.,?1975,?7,?319-327)不但具有安全性好，而且具有質量輕、易成膜、可塑性高等高分子材料所特有的優點。

在聚合物電解質研究的初期，大多數的研究方向主要集中在聚氧化乙烯及其衍生物方面。而傳統線性高聚態的聚氧化乙烯在室溫下結晶度大，離子電導率低（10^-7Scm^-1）。凝膠聚合物電解質作為液態電解質與全固態電解質過渡產物，利用固定在微觀結構中的液態電解質分子實現離子傳導，具有較高的離子導電率。對于可應用的聚合物電解質而言，必須滿足以下條件：(1)較高的室溫鋰離子電導率，可以達到10^-3Scm^-1，這是保證鋰離子電池快速充放電的基本條件；(2)較高的鋰離子遷移數，從而降低電解質的濃差極化，提高電池的功率密度；(3)較高的化學、電化學及熱穩定性，電化學窗口達到4.5V以上；(4)一定的機械強度，以滿足鋰離子電池裝配過程的需要。

為了提高凝膠聚合物電解質的電化學性能、熱穩定性、成膜性以及力學性能，人們采用了一系列的方法：共混降低聚合物的Tg和結晶度，在聚合物主鏈或側鏈上添加極性基團或非極性基團形成接枝聚合物電解質，加入各種添加劑（無機顆粒、非質子型有機溶劑、離子液體）形成復合電解質。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種鋰離子電池聚合物電解質用接枝共聚物基體及其制備方法。

一種鋰離子電池聚合物電解質用接枝共聚物基體的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

采用溶液聚合法，將甲基丙烯酸甲酯0.5克，甲基丙烯酸縮水甘油酯質量0.5克，相對于兩種單體總質量為0.2~5%的偶氮二異丁腈加入到錐形瓶中，在50-100ml甲苯溶劑中充分攪拌溶解固體；升溫到50-90攝氏度，恒溫2-10小時后冷卻，得到混合物溶液；將生成物分別用石油醚和80攝氏度去離子水洗滌數次，干燥得到共聚物基體聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯。

一種鋰離子電池聚合物電解質用接枝共聚物基體，由上述方法制備得到。

本發明構思是：引入一種聚合物基體，即甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸縮水甘油脂兩種單體制備成的無規共聚物。從理論上講，甲基丙烯酸縮水甘油酯的引入，以增大主鏈的剛性，以及破壞甲基丙烯酸甲酯鏈段的規整性，抑制結晶。以此接枝共聚物作為基體材料制備的電解質能夠具有較高的力學性能和離子電導率。

由本發明制備的共聚物基體，具有更高的力學性能和熱穩定性，更低的玻璃化轉變溫度。且本發明操作性強。

附圖說明

圖1是以實施例一制得的接枝共聚物為基體合成聚合物電解質在不同溫度下的離子電導率圖。

具體實施方式

下面將通過實施例進行更詳細的描述，但本發明的保護范圍并不受限于這些實施例。

實施例一：

采用溶液聚合法，稱取0.5g甲基丙烯酸甲酯、0.5g甲基丙烯酸縮水甘油酯、占單體總質量5%的偶氮二異丁腈、100ml甲苯，加入到錐形瓶中，充分攪拌溶解固體；升溫到60攝氏度，恒溫5小時后冷卻，得到混合物溶液；將生成物分別用石油醚和80攝氏度去離子水洗滌數次，干燥得到共聚物基體聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯。

實施例二：

采用溶液聚合法，稱取0.5g甲基丙烯酸甲酯、0.5g甲基丙烯酸縮水甘油酯、占單體總質量2%的偶氮二異丁腈、80ml甲苯，加入到錐形瓶中，充分攪拌溶解固體；升溫到80攝氏度，恒溫5小時后冷卻，得到混合物溶液；將生成物分別用石油醚和80攝氏度去離子水洗滌數次，干燥得到共聚物基體聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯。

實施例三：采用溶液聚合法，稱取0.5g甲基丙烯酸甲酯、0.5g甲基丙烯酸縮水甘油酯、占單體總質量1%的偶氮二異丁腈、50ml甲苯，加入到錐形瓶中，充分攪拌溶解固體；升溫到60攝氏度，恒溫10小時后冷卻，得到混合物溶液；將生成物分別用石油醚和80攝氏度去離子水洗滌數次，干燥得到共聚物基體聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯)。

由實施例一制備的聚合物基體為原料合成聚合物電解質在常溫下離子電導率為0.55*10^-3Scm^-1，與傳統以PEO為基體合成的聚合物電解質電導率相比，具有較高的離子電導率，且電導率隨著溫度的升高而升高，在80度下離子電導率為2.8*10^-3Scm^-1。