[發明專利]側鏈接枝雙磺酰亞胺的聚酰亞胺型單離子傳導聚合物及其應用

有效

• 申請號: 201610387469.4
• 申請日: 2016-06-02
• 公開（公告）號: CN107459647B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 程寒松;孫玉寶;潘其云
• 申請（專利權）人: 杭州聚力氫能科技有限公司
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;H01M2/16;H01M10/0565
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

本發明公開了側鏈接枝雙磺酰亞胺的聚酰亞胺型單離子傳導聚合物及其合成法與應用，該聚合物與PVDF?HFP共混形成的聚合物電解質隔膜的室溫離子電導率為0.10mS·cm^?1，干態下的最大抗拉強度為15.5MPa，作為凝膠型金屬鋰聚合物二次電池的電解質兼隔膜，表現出優異的電化學穩定性。

技術領域

本發明涉及側鏈接枝的聚酰亞胺型單離子傳導聚合物及其應用，所述的一種聚乙烯馬來酸酐側鏈接枝雙磺酰亞胺聚合物電解質在金屬鋰聚合物二次電池中表現出優異的電化學穩定性。

背景技術

金屬鋰的相對原子質量是6.94，標準電極電勢是-3.045V(vs.NHE)，作為電池負極的理論比容量高達3860mAh/g。金屬鋰與合適的正極匹配時可以構成具有較高能量密度和功率密度的二次電池。鋰二次電池的研究始于二十世紀七十年代，但是由于金屬鋰的活性高以及充放電過程中形成枝晶導致內部短路，引發安全事故。隨后，石墨負極取代金屬鋰很大程度上避免了上述的安全隱患，帶來了鋰離子二次電池的大規模應用。當今社會人們對高比能二次電源的需求逐步增大，比容量僅為372mAh/g的石墨負極成了發展鋰離子二次電池的瓶頸之一。

目前，以金屬鋰作為負極的鋰離子二次電池有兩種，一種是室溫無機全固態金屬鋰二次電池，一種是全固態金屬鋰聚合物二次電池。前者是未來鋰電的發展方向，但是各項性能指標有待優化。后者發展出了兩種類型，一類是雙離子的全固態，即以聚氧乙烯與小分子無機鋰鹽混合，工作溫度高于聚氧乙烯玻璃轉化溫度(>60℃)；另一類是單離子傳導的全固態，即將陰離子固定在聚合物鏈上，因為離子傳導仍然需要借助聚氧乙烯鏈的熱運動，所以也不可能在室溫下工作。雖然塑化劑小分子的加入可以提高聚合物電解質的離子電導率(凝膠型聚合物電解質)，但是對于雙離子型的金屬鋰聚合物二次電池，枝晶問題就又不可避免。單離子傳導型的聚合物電解質則可以避免因為塑化劑的引入而導致的枝晶問題，因為單離子傳導可以有效地減小濃差極化，使得電極表面的電流密度平均化。

無機全固態金屬鋰二次電池離商業化還有段距離，那么凝膠單離子傳導的金屬鋰聚合物二次電池可能是當下發展高比能金屬鋰二次電池較合適的一種選擇。盡管現在已經有些文獻報道了凝膠單離子傳導的金屬鋰聚合物二次電池，但是給出的循環次數都低于200個循環。高穩定性和高離子電導率是技術難點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，設計了側鏈接枝雙磺酰亞胺的聚酰亞胺型單離子傳導聚合物電解質及其制備方法與應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種聚乙烯馬來酸酐側鏈接枝雙磺酰亞胺聚合物，結構式如下：

M＝H⁺,Li⁺,Na⁺或者K⁺

R＝PhCF₃,CF₃,F,CN,PhX₅(X＝F,Cl,Br)

進一步地，所述R為PhCF₃，CF₃，F，CN或者PhX₅(X＝F，Cl，Br)。

進一步地，所述M為H⁺,Li⁺,Na⁺或者K⁺。

進一步地，所述極性溶劑可以為N-甲基吡咯烷酮，二甲亞砜，N,N’-二甲基甲酰胺，N,N’-二甲基乙酰胺，碳酸二甲酯或間甲酚。

進一步地，加熱脫水縮聚的溫度區間是100～200℃。