[發(fā)明專利]一種梳形聚合物電解質及其制備與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710941577.6
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107658501B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 薛志剛;郭夢可;李卓倫;周興平;解孝林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明公開了一種梳形聚合物電解質及其制備與應用，該梳形聚合物電解質具有如式Ⅰ所示的化學結構式，其中，a為10～800的整數，x為0.2～0.8，ax為正整數，m為3～29的整數，n為1～31的整數，R為氫原子或甲基。本發(fā)明通過對該梳形聚合物關鍵的化學式結構、主鏈與側鏈間的鍵接方式、取代率，及相應制備方法整體合成路線設置、各個工藝步驟的參數條件進行改進，使得該梳形聚合物主鏈與側鏈通過離子鍵鍵接，能夠有效解決聚氧化乙烯基聚合物電解質結晶度高、鋰離子遷移能力低的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于固態(tài)聚合物電解質技術領域，更具體地，涉及一種梳形聚合物電解質及其制備與應用。

背景技術

與其它電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、平均輸出電壓高、輸出功率大、自放電小等優(yōu)點。而作為鋰離子電池關鍵組成部分的電解質，其影響著電池的整體安全性。使用固態(tài)聚合物電解質替代液態(tài)電解質，可有效提高鋰離子電池的安全性能。固態(tài)聚合物電解質，主要有聚醚系(主要為聚氧化乙烯)、聚丙烯腈系、聚甲基丙烯酸酯系和其他類型，不僅具有較輕的質量和良好的機械加工性能，而且能克服液態(tài)電解質易泄漏、加工封閉難和壽命短的缺點，被認為是一類有可能突破現有鋰/鋰離子電池技術性能瓶頸的重要電解質材料。

聚氧化乙烯是應用最成熟的固態(tài)聚合物電解質基體材料，能與許多鋰鹽(如高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等)形成絡合物。在這些絡合物中，鋰離子通過與聚氧化乙烯中的氧原子不斷地絡合與解離，實現鋰離子在電解質中的遷移。但線型聚氧化乙烯在室溫下易結晶，限制了鋰離子的遷移，因此需要對其進行改性，降低聚氧化乙烯的結晶度，增強鋰離子的遷移能力、提升電池性能。

目前常用以下方法對聚氧化乙烯基電解質進行改性：(1)與其它聚合物共混，可大幅提高鋰離子電導率，制備簡單，但同時會降低電解質的力學性能；(2)形成交聯聚合物，可同時提高鋰離子電導率和力學性能，但通常會引入一些不需要的官能團，降低電池的循環(huán)性能；(3)加入無機填料，可明顯提高力學性能，但各組分間的相容性會變差，導致穩(wěn)定性降低；(4)形成枝狀聚合物，可提高鋰離子電導率，但仍然達不到商業(yè)應用的要求，而且制備過程也較為復雜。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種梳形聚合物電解質及其制備與應用，其中通過對該梳形聚合物關鍵的化學式結構、主鏈與側鏈間的鍵接方式、取代率，及相應制備方法整體合成路線設置、各個工藝步驟的參數條件(如原料種類及配比、反應時間及溫度等)進行改進，使得該梳形聚合物主鏈與側鏈通過離子鍵鍵接，與現有技術相比能夠有效解決聚氧化乙烯基聚合物電解質結晶度高、鋰離子遷移能力低的問題，能夠降低聚氧化乙烯的結晶度，獲得電化學性能優(yōu)良的電解質薄膜，并且該主鏈內部還具有苯環(huán)結構，能夠有效提高該梳形聚合物的機械性能。

為實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種梳形聚合物電解質，其特征在于，具有如式Ⅰ所示的化學結構式：

其中，a為10～800的整數，x為0.2～0.8，ax為正整數，m為3～29的整數，n為1～31的整數，R為氫原子或甲基。

按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了制備上述梳形聚合物電解質的方法，其特征在于，其合成路線如下：

其中，a為10～800的整數，x為0.2～0.8，ax為正整數，m為3～29的整數，n為1～31的整數，R為氫原子或甲基。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述制備方法具體包括如下步驟：

(1)將式Ⅲ化合物溶于第一溶劑中，攪拌混合均勻，得到式Ⅲ化合物的均相溶液；

(2)將式Ⅳ化合物加入至所述步驟(1)制得的式Ⅲ化合物均相溶液中，反應得到含式Ⅰ化合物的混合溶液；