[發明專利]一種聚合物電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010947306.3
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112072175B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 譚強強
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42;C08G81/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種聚合物電解質及其制備方法和應用，所述聚合物電解質中包含鋰鹽和聚氟醚?聚乙二醇嵌段共聚物。本發明通過在聚乙二醇中引入聚氟醚鏈段，由于分子中氟原子代替氫原子，由于氟原子具有很強的電負性，鍵能高達418kJ/mol?502.08kJ/mol使得聚氟醚鏈段具有較高的熱穩定性和氧化穩定性以及良好的化學惰性和絕緣性質，從而提高電池的耐高壓和耐高溫性能，不容易發生燃燒和爆炸，提高了電池的安全性能，同時兼具良好的電化學性能。

技術領域

本發明鋰電池技術領域，尤其涉及一種聚合物電解質及其制備方法和應用。

背景技術

隨著鋰電池技術的發展以及市場需求量增大，鋰電池安全性問題引起廣泛的關注。高能量密度鋰電池因使用有機電解液而存在易漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患。提升電池安全性的有效途徑之一是使用聚合物電解質取代傳統有機電解液。然而，制備出兼具高離子電導率、低電極/電解質界面阻抗、良好機械強度的固態聚合物電解質材料是現階段面臨的巨大技術挑戰。因此，開發針對高能量密度鋰電池體系的新型聚合物電解質，有望同時大幅提升現有鋰電池的能量密度和安全保障，具有重要的現實意義和科研價值。

專利申請CN106785032A公開了一種用端硅烷封端聚醚為低聚體，導電鋰鹽作為鋰源，有機溶劑為增塑劑，錫類鹽為催化劑交聯固化而成的聚合物電解質及其在鋰離子聚合物電池中的應用，該聚合物電解質兼具聚環氧丙烷和硅橡膠的特性，具有優異的力學性能；

專利申請CN106898812A公開了一種固態聚合物電解質，該聚合物是由梳妝聚合物交聯而成的網狀聚合物和鋰鹽，所述聚合物的主鏈是由硼原子和硅原子連接的聚乙二醇，所述的側鏈是連接于主鏈上硅或硼原子上的聚乙二醇單甲醚。該聚合物電導率較高，電池倍率性能好，低溫循環性能和庫倫效率高。

目前，對于聚合物電解質的研究還不夠全面，且上述專利申請中聚合物電解質的耐高溫和耐高壓性能仍然需要進一步提升，同時在電化學性能方面也需改善。

因此，本領域亟待開發一種耐高溫耐高壓的聚合物電解質，提高電池的安全性，同時保證良好的電化學性能。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種聚合物電解質，所述聚合物電解質可作為化學電池的電解質使用，提高耐高溫和耐高壓性能，電池的安全性高，而且有較好的離子遷移數，具有良好的電化學性能。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種聚合物電解質，所述聚合物電解質中包含鋰鹽和聚氟醚-聚乙二醇嵌段共聚物。

本發明提供了一種新型的嵌段聚合物電解質，通過在聚乙二醇中引入聚氟醚鏈段，由于分子中氟原子代替氫原子，由于氟原子具有很強的電負性，鍵能高達418kJ/mol-502.08kJ/mol使得聚氟醚鏈段具有較高的熱穩定性和氧化穩定性，從而提高電池的耐高壓和耐高溫性能，不容易發生燃燒和爆炸，提高了電池的安全性能，而且有較好的離子遷移數，具有良好的電化學性能。

聚氟醚(Perfluoro Polyrthers，簡寫PFPE)是一種全氟高分子化合物，主鏈為C-O-C的結構，具有很好的柔順性，碳上的氫全被氟取代，常溫下為油狀液體。PFPE聚合物的結構與烴類相比，分子結構相似，但在分子中氟原子代替氫原子，從而以更強的C-F鍵代替烴類中的C-H鍵，而且氟原子對碳鏈有很強的屏蔽作用使得PFPE具有非常好的熱穩定性和氧化穩定性以及良好的化學惰性和絕緣性質。全氟聚醚的耐高溫性能最為優越，工作溫度范圍為50～300℃，短期可達350℃；此外，全氟聚醚的主鏈結構具有很好的柔順性能，因此也具有較好的耐低溫性能。

優選地，所述聚氟醚鏈段為全氟聚醚鏈段。

優選地，所述聚氟醚-聚乙二醇嵌段共聚物具有如下結構：