[發明專利]一種聚苯并咪唑-聚乙二醇接枝共聚物及其制備與應用

有效

• 申請號: 201610094161.0
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105622949B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 房建華;郭曉霞;應黎彬;梁乃強;謝一凡;金閃閃;劉功益
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C08G65/48;C08G65/337;C08G73/18;C08J5/22;C08L87/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種聚苯并咪唑?聚乙二醇接枝共聚物的合成及其交聯膜的制備方法。首先，在氮氣或氬氣保護下，聚苯并咪唑結構中的仲氨基(N?H)與氫化鈉或氫化鋰反應，生成聚苯并咪唑聚陰離子，再與氯化聚乙二醇單甲醚進行接枝反應，得到聚苯并咪唑?聚乙二醇接枝共聚物，通過控制氫化鈉或氫化鋰的用量和采用不同平均分子量的氯化聚乙二醇單甲醚，可以制備不同聚乙二醇鏈長和含量的聚苯并咪唑?聚乙二醇接枝共聚物，將鋰鹽電解質、丁二腈和聚苯并咪唑?聚乙二醇接枝共聚物溶解于有機溶劑中，澆鑄制膜，得到了具有良好力學性能和較高鋰離子電導率的全固態電解質隔膜，這種隔膜在鋰離子電池等領域里有著潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種聚苯并咪唑-聚乙二醇接枝共聚物及其制備與應用。

背景技術

由于具有比能量高、循環壽命長、單電池電壓高、自放電速率低、工作溫度范圍寬、環境友好等優點，鋰離子電池已被廣泛應用于手機、手提電腦等領域。以鋰離子電池為動力電源的純電動汽車是新能源汽車領域里的一個重要發展方向，并已經獲得了實際應用。然而，鋰離子電池普遍存在安全性不高的問題，嚴重妨礙了其作為動力電池在電動汽車上的廣泛應用，影響鋰離子電池安全性的因素有很多，其中，隔膜和電解液是兩個最重要的因素。目前，最常用的鋰離子電池隔膜是聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜及聚乙烯-聚丙烯復合微孔膜，這些隔膜不僅熱穩定性差，易發生熱收縮，而且本身高度易燃，難以滿足動力電池高安全性的要求。鋰離子電池電解液是鋰鹽(如：六氟磷酸鋰)溶解在碳酸酯類有機溶劑中形成的溶液，而碳酸酯類有機溶劑大多沸點較低(一般低于100℃)且高度易燃，因而極大地降低了鋰離子電池的安全性。

全固態高分子電解質隔膜由于不存在微孔結構且不使用有機溶劑，因此，由全固態高分子電解質隔膜制得的鋰離子電池比由傳統微孔隔膜/液態電解質制得的鋰離子電池的安全性要高得多。此外，全固態高分子電解質鋰離子電池還具有幾何形狀任意化、薄型化、無電解質滲漏等優點，是鋰離子電池技術未來發展的一個重要方向。聚氧化乙烯及含有聚氧化乙烯結構單元的共聚物是最典型的一類全固態高分子電解質材料，自1973年Wright等人發現聚氧化乙烯結構中的氧原子可以與堿金屬離子形成絡合物且該絡合物具有離子電導性以來，人們對聚氧化乙烯及其共聚物的鋰離子傳導特性進行了廣泛的研究。然而，到目前為止，全固態高分子電解質隔膜主要為含聚氧化乙烯結構單元的脂肪族聚合物，它們大多力學強度差，模量低，難以制成自支撐膜，熱穩定性也不夠高，妨礙了其實際應用。與脂肪族聚合物相比，芳香族高分子普遍具有力學強度高，模量高，熱穩定性和阻燃性好等優點，非常適合用作全固態高分子電解質的骨架結構。文獻(Journal of Membrane Science425–426(2013)105–112)報道了一種含聚氧化乙烯鏈段的聚醚砜共聚物，這種共聚物用雙三氟甲磺酰亞胺鋰摻雜后所制得的全固態高分子電解質隔膜具有良好的力學強度，但其鋰離子電導率偏低。這是因為聚氧化乙烯鏈段是接在聚醚砜的主鏈上，為聚合物主鏈骨架的一部分，聚氧化乙烯鏈段的運動性受到嚴重限制的緣故。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種聚苯并咪唑-聚乙二醇接枝共聚物，并將其應用在電池中作為電解質隔膜。將聚氧化乙烯鏈段接枝在高度剛性的芳香族高分子主鏈上，一方面由于聚氧化乙烯鏈段運動性的增加有利于提高鋰離子傳導率，另一方面高度剛性的芳香族高分子主鏈有利于提高膜的力學性能。

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種聚苯并咪唑-聚乙二醇接枝共聚物，其化學結構式如下：

其中：或X＝-，-O-或-SO₂-，R”＝H或-(OCH₂CH₂)_mOCH₃，m＝4-45，n＝20-200。

本發明還提供了上述聚苯并咪唑-聚乙二醇接枝共聚物的制備方法，包括以下步驟：