[發明專利]一種聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010217759.0
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN113451640B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 伍廣朋;陸新宇;齊歡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/0525;H01M10/054;H01M12/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭

1.一種聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述的聚合物電解質包括聚碳酸酯基聚合物基體、鋰鹽、催化劑和交聯劑；所述的聚碳酸酯基聚合物基體的化學結構如式(I)所示：

其中，x、y、z和w表示共聚物中各結構單元的聚合度，分別獨立地取自0-10000之間的任意整數，但不可同時取0；

其中，R₁、R₂、R₃選自如下所示的脂肪族或芳香族基團：

其中，R表示碳原子數為1-20的帶有交聯位點的脂肪族或芳香族烷烴、烯烴、炔烴，所述的交聯位點為碳碳雙鍵或環氧基團；

其中，R₄-R₇各自獨立地表示碳原子數為1-20的雜原子取代或非取代的脂肪族或芳香族烷烴、烯烴、炔烴或氫原子，所述的取代雜原子選自氟、氯、溴、碘、氮或磷原子；

所述的催化劑選自氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鋰、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鋰、乙醇鈉、乙醇鉀、叔丁醇鋰、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀、1,5,7-三疊氮雙環[4.4.0]癸-5-烯、7-甲基-1,5,7-三氮雜二環[4.4.0]癸-5-烯、1,8-二氮雜二環十一碳-7-烯、1,5-二氮雜二環十一碳-7-烯、吡啶、2,6-二甲基吡啶、4-二甲氨基吡啶、咪唑、嗎啉、4-甲基嗎啉、二乙胺或三乙胺中的一種或至少兩種的組合，含量為聚碳酸酯基聚合物基體質量的1-20％。

2.根據權利要求1所述的聚碳酸酯基 自凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述的聚碳酸酯基聚合物基體的聚氧化乙烯段由環氧乙烷在催化條件下開環聚合形成，并在聚碳酸酯嵌段的合成時作為大分子鏈轉移劑；當R₁、R₂、R₃為A、B、C、D、E、F時，聚碳酸酯段可由一種或多種環氧烷烴在二氧化碳壓力下進行任意比例的調聚生成，當R₁、R₂、R₃為G、H、I、J、K、L、M時，聚碳酸酯段由光氣及其衍生物與一種或多種二元醇縮聚生成。

3.根據權利要求1所述的聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述的聚碳酸酯基聚合物基體的分子量為500-5000000kDa，分子量分布為1.00-10.00。

4.根據權利要求1所述的聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述的鋰鹽選自六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲磺酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰或雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或至少兩種的組合，含量為聚碳酸酯基聚合物基體質量的1-50％。

5.根據權利要求1所述的聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質，其特征在于，所述的交聯劑選自過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酰、過氧化氫二異丙苯、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中的一種或至少兩種的組合，含量為聚碳酸酯基聚合物基體質量的1-20％。

6.一種制備權利要求1-5任一所述的聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質的方法，其特征在于，包括：

(1)將聚碳酸酯基聚合物基體溶解于有機溶劑中混合均勻，得到均一的聚合物溶液；

(2)將鋰鹽與有機溶劑混合均勻，得到均一的鋰鹽溶液；

(3)將催化劑和交聯劑與有機溶劑混合均勻，得到均一的添加劑溶液；

(4)將步驟(1)-(3)中所述的聚合物溶液、鋰鹽溶液和添加劑溶液混合均勻，揮發溶劑干燥后，得到電解質薄膜；

(5)將電解質薄膜置于紫外光照射或加熱條件下，使聚合物中的交聯位點發生交聯，得到聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質。

7.根據權利要求6所述的聚碳酸酯基自凝膠聚合物電解質的制備方法，其特征在于，所述的有機溶劑選自四氫呋喃、乙腈、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、二氧六環或乙醚中的一種或至少兩種的組合。

8.一種權利要求1-5任一所述的聚碳酸酯基聚合物電解質在鋰離子電池、鋰金屬電池、鋰硫電池或鈉離子電池中的應用。