[發明專利]拓撲結構液晶聚合物電解質及其合成方法與應用

有效

• 申請號: 201710476531.1
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107342436B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 張遼云;王師;王藹廉;劉旭;許浩;周倩;陳杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了拓撲結構液晶聚合物電解質及其合成方法與應用，其中，該電解質由超支化/星型聚合物和液晶基元構成，具有如下拓撲結構：本發明的有益之處在于：該電解質其具有良好的成膜性，同鋰鹽復合后可構成固態聚合物電解質，該固態聚合物電解質具有良好的離子電導率、優異的電化學性能和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種聚合物電解質及其合成方法與應用，具體涉及一種拓撲結構液晶聚合物電解質及其合成方法與應用，屬于聚合物電解質技術領域。

背景技術

近年來，以新興能源技術為代表的新一輪科技革命和產業革命正在不斷發展壯大，新的能源技術成果也在不斷涌現。為了滿足不同領域的應用要求，各種儲能技術，如液流電池、鋰硫電池、鋰空電池、超級電容器、鋰離子電池(LIBs)等均得到了迅猛發展。其中，LIBs由于能量密度高、方便攜帶等特點受到人們的關注。自1991年，鋰離子電池進入市場，此后它在電化學器件、混合動力車、新能源汽車、便攜式設備等領域的應用得到了迅猛的發展。目前，人們更期待進一步發展高安全性和柔性以及高效方便的LIBs，如靈活的可穿戴類器件。

電解質作為LIBs的重要組成部分，需要具有使用安全、效能高、壽命長、環保等特點。為此，電解質不僅要具有在很寬的溫度范圍內具有合適的離子電導率，而且要具有良好的化學穩定性以及與電極良好的接觸性。眾所周知，目前的大部分商業化鋰離子電池都是基于有機小分子類電解質同鋰鹽混合而成，再加上隔膜，再同正負極組合構成。通過不斷的優化，目前液態鋰離子電池電解質在離子電導率方面已經完全能夠滿足日常的應用。然而，液體電解質還是存在著易泄露、易燃、易爆炸的安全隱患，也無法滿足器件向輕量化、形狀任意化等方向發展，從而限制了LIBs的進一步規模化應用。因此，人們迫切需要尋找更安全、更可靠、輕薄且柔性的電解質。

基于以上背景，固態聚合物電解質(SPEs)越來越受到了人們的廣泛關注，這是因為SPEs具有安全性高、力學性能良好、形狀設計靈活性高、可修飾性強等優點。在聚合物的玻璃化轉變溫度(T_g)以上，聚合物內部存在的自由體積可為鋰離子的遷移提供空間，從而為鋰離子的有效遷移提供了可能。在1973年，Wright等人(D.E.Fenton，J.M.Parker andP.V.Wright，Polymer，1973，14，589)發現聚氧化乙烯(PEO)同鋰鹽復合后具有一定的離子電導率。隨后，Armand(M.Armand，Solid State Ionics，1983，9–10(2)，745–754)提出PEO可以作為電化學器件的離子傳導材料來使用。此后，基于PEO的具有超薄、超輕、安全性更好等特性的固態聚合物電解質受到科學家的大量關注與研究。然而，經過四十多年的研究，鋰離子聚合物電池還遠未達到大規模商業化生產的階段，其原因在于到目前為止，固態聚合物電解質同傳統的液態電解質相比，存在離子電導率低、同電極的界面接觸電阻大等缺點。正因為如此，如何進一步提高固態聚合物電解質的離子電導率顯得迫切而有意義！

線性PEO對鋰鹽有良好的溶解能力，有望作為SPEs來使用。然而，線性PEO作為SPEs的問題在于其室溫離子電導率在10^-7S/cm左右，離商業化所需離子電導率10^-3-10^-4S/cm還有很大的距離。其原因是因為PEO的線性有序結構，在室溫下非常容易結晶，而結晶部分相當于導電通道中的阻礙物，嚴重限制了其對離子的傳導。