[發明專利]一種交聯型梳狀聚合物電解質、其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011118656.5
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112239543B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 薛志剛;左偲;陳功;周興平;解孝林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C08G79/04;C08J3/28;C08L87/00;C08L5/16;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 彭翠;曹葆青

本發明屬于聚合物電解質領域，更具體地，涉及一種交聯型梳狀聚合物電解質、其制備方法和應用。該聚合物電解質具有梳狀交聯網絡結構，該梳狀交聯網絡結構為由所述巰基化環糊精與大分子交聯劑在紫外光輻照條件下通過巰基?烯反應形成的交聯網狀結構，且所述金屬鹽分散在該交聯網絡結構中。該聚合物電解質中環糊精結構可賦予交聯聚合物電解質較好的機械性能及界面穩定性，梳形的拓撲結構則賦予電解質傳導鋰離子功能以及較好的界面相容性，該聚合物電解質中多種特定的結構和組成同時發揮作用使得該聚合物電解質在確保優異的離子電導率和機械性能的同時，顯著提升聚合物電解質界面性能，以提高全電池界面穩定性。

技術領域

本發明屬于聚合物電解質領域，更具體地，涉及一種交聯型梳狀聚合物電解質、其制備方法和應用。

背景技術

電解質作為鋰離子電池(LIBs)的重要組成部分，在電池的正、負極之間起著傳遞鋰離子的作用，很大程度上影響著電池的電化學性能。目前廣泛使用的電解質多為有機電解液，存在易燃易爆等安全隱患。固態電解質相對于液態電解質具有電化學穩定窗口較寬、質輕等優點因而被廣泛研究。聚氧化乙烯(PEO)基固態電解質具有質輕、無毒、電化學穩定窗口寬、與鋰金屬界面穩定性較好等優點，是研究最多的一類聚合物電解質。對聚合物官能團和鏈結構進行設計，獲得柔順性好的無定型聚合物，有望得到室溫離子電導率高的固態聚合物電解質。

專利CN110994013A公開了一種包括金屬鹽以及以八巰基聚倍半硅氧烷為內核、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯臂構成的交聯聚合物的雜化聚合物電解質；CN111354975A公開了一種將八巰基聚倍半硅氧烷、甲基丙烯酸酯封端的聚酯-聚乙二醇-聚酯三嵌段聚合物與金屬鹽溶解在有機溶劑中，進行紫外光固化反應，利用羥基與環狀內酯的開環聚合反應和無光敏劑紫外引發的巰基-烯反應制備得到三嵌段雜化聚合物電解質。該三嵌段雜化聚合物電解質雖然相對于傳統的聚氧化乙烯聚電解質提高了離子電導率和機械強度，但由這些聚合物電解質組裝的全電池其界面穩定性仍有待改善，比如專利CN110994013A中電解質組裝的電池僅能夠循環300小時，專利CN111354975A中電解質組裝的電池僅能夠循環600小時，電池的循環穩定性直接決定了其使用壽命，現有技術的聚合物電解質組裝的電池循環性能仍有待改善，以進一步提升鋰電池性能。

發明內容

針對現有技術的缺陷或改進需求，本發明通過對聚合物電解質中的關鍵組成及結構進行改進，得到應用于鋰離子電池等金屬離子電池的交聯型梳狀聚合物電解質，該聚合物電解質不僅能確保優異的離子電導率和機械性能，而且利用該電解質組裝得到的電池其界面性能相對于現有技術有顯著的提升，由此解決了現有技術聚合物電解質對應的電池其界面性能差、電池循環性能不好的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種聚磷酸酯基聚乙二醇-b-聚乙二醇-b- 聚磷酸酯基聚乙二醇二甲基丙烯酸酯大分子交聯劑，其具有如式(一)所示的結構式：

其中，m為10～50的整數；n為4～113的整數；p為4～113的整數。

按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的大分子交聯劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)向聚乙二醇單甲醚溶解于有機溶劑中得到的聚乙二醇單甲醚溶液中加入堿，滴加2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷雜環戊烷，攪拌反應，經真空抽濾除去鹽，加入沉淀劑進行沉淀，然后經真空抽濾、干燥得到磷酸酯基聚乙二醇；

(2)將聚乙二醇溶解于有機溶劑中得到的聚乙二醇溶液與步驟(1)得到的磷酸酯基聚乙二醇和催化劑混合，攪拌反應，加入溶劑溶解反應得到的聚合物，加入沉淀劑進行沉淀，經真空抽濾、干燥得到聚磷酸酯基聚乙二醇-b-聚乙二醇-b-聚磷酸酯基聚乙二醇；