[發明專利]納米粒子改性的交聯聚合物和聚合物電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710523750.0
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN109206563B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 李元姣;劉榮華;高磊;單軍
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C08F283/06
• 分類號: C08F283/06;C08F230/08;C08F222/14;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉淼;嚴政

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及納米粒子改性的交聯聚合物和聚合物電解質及其制備方法和應用。所述交聯聚合物含有由交聯劑提供的交聯結構和與所述交聯結構連接的共聚物鏈，所述共聚物鏈由含有式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元的可交聯共聚物提供，其中，所述可交聯共聚物通過至少部分式(3)所示的結構單元與所述交聯劑連接以提供所述共聚物鏈；所述交聯聚合物還含有由硅烷偶聯劑改性的無機納米粒子提供的納米粒子偶聯結構。本發明聚合物電解質具有較高離子導電率、結晶度較低、柔韌性合適。式(1)：式(2)：式(3)：

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及納米粒子改性的交聯聚合物和聚合物電解質及其制備方法和應用。

背景技術

目前市場上的鋰離子電池多以液態電解液作為導電物質，但在使用過程中，液態電解液易揮發、易燃易爆，導致諸多安全問題；而且其易長出鋰枝晶，限制了金屬鋰作為負極在電池中的應用。因此，人們提出用固態聚合物電解質(SPE)來替代液態電解液。固態聚合物電解質膜不僅起著離子傳導的作用，還可以阻止正負電極的接觸。又因其可塑性強，可根據不同的需求制成不同形狀的薄膜，柔韌性好，可承受電極在充放電過程中的壓力，高溫穩定性好，極大地提高了鋰電池的安全性。

CN103985900A公開了一種改性聚合物電解質及其制備方法。該申請的實施例中，將無機納米粒子經偶聯劑修飾后，再與偶聯劑和甲基丙烯酸甲酯單體保溫反應，而后與超支化單體(即N,N-二羥乙基-3-胺基甲基丙酸甲酯)反應得到超支化改性無機納米粒子，然后將其分散到以聚氧化乙烯為基體的電解質中，并加入離子液體。盡管該方法能夠獲得玻璃化轉變溫度和結晶度降低的聚合物電解質，以及較高的加工性能。然而，該方法仍然存在離子電導率較低，操作復雜等的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的納米粒子改性的交聯聚合物和聚合物電解質及其制備方法和應用，該聚合物電解質具有較高離子導電率、結晶度較低、柔韌性合適，以及其制備方法工序簡單、成本更低。

為了實現上述目的，本發明一方面提供一種納米粒子改性的交聯聚合物，所述交聯聚合物含有由交聯劑提供的交聯結構和與所述交聯結構連接的共聚物鏈，所述共聚物鏈由含有式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元的可交聯共聚物提供，其中，所述可交聯共聚物通過至少部分式(3)所示的結構單元與所述交聯劑連接以提供所述共聚物鏈；所述交聯聚合物還含有由硅烷偶聯劑改性的無機納米粒子提供的納米粒子偶聯結構；

式(1)：式(2)：式(3)：

其中，R為H或C1-C4的烷基，L為C0-C4的亞烷基或-R¹-O-R²-，R¹為C0-C4的亞烷基，R²為C0-C4的亞烷基；

所述交聯劑為含有至少兩個丙烯酸酯類基團的丙烯酸酯類交聯劑中的一種或多種，所述丙烯酸酯類基團為式(4)所示的基團：-O-C(O)-C(R’)＝CH₂，R’為H或C1-C4的烷基；

所述硅烷偶聯劑為末端含有不飽和碳碳雙鍵的硅烷偶聯劑。

本發明第二方面一種聚合物電解質，其中，該聚合物電解質含有聚合物基體和分散于所述聚合物基體中的鋰鹽，所述聚合物基體為上述交聯聚合物。

本發明第三方面一種聚合物電解質的制備方法，該方法包括：

(1)提供含有可交聯共聚物、鋰鹽、交聯劑、硅烷偶聯劑改性的無機納米粒子和光引發劑的聚合溶液；

(2)所述聚合溶液進行澆注成型，得到半干膜；

(3)在紫外光照射下，將所述半干膜進行交聯固化；

其中，所述可交聯共聚物含有式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元；