[發(fā)明專利]卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110154883.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN113013483B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張遼云;曾慶輝;陳平平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/0525;H01M12/08
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 趙瑤瑤

本發(fā)明公開了一種含有卟啉及其衍生物的復(fù)合型聚合物電解質(zhì)以及制備方法與應(yīng)用，尤其涉及卟啉及其衍生物用于聚合物電解質(zhì)。其中，該復(fù)合型電解質(zhì)由聚合物基體，卟啉及其衍生物和鋰鹽所構(gòu)成，可應(yīng)用到固態(tài)鋰電池中，作為固態(tài)電解質(zhì)膜使用。本發(fā)明的優(yōu)勢表現(xiàn)在，該復(fù)合電解質(zhì)膜成膜性好，卟啉及其衍生物的存在使電解質(zhì)膜具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，特別是能夠有效提高離子傳導(dǎo)性能；該復(fù)合電解質(zhì)制備方法簡單高效，易于大規(guī)模生產(chǎn)；該復(fù)合型電解質(zhì)膜與負(fù)極材料，正極材料所組裝的固態(tài)鋰電池能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和電池性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固態(tài)復(fù)合型聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用，具體涉及一種卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用，屬于固態(tài)聚合物鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，而隨著化石能源的不斷消耗和全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，尋找或開發(fā)出一種清潔可持續(xù)的再生能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源顯得尤為重要。在眾多已開發(fā)的新能源器件中，鋰電池因其具有循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。目前，商業(yè)化的鋰電池主要由正極材料，電解質(zhì)，隔膜和負(fù)極材料構(gòu)成。作為鋰電池重要組成部分之一的電解質(zhì)，在正極和負(fù)極之間起著傳輸離子的作用，對(duì)鋰電池的整體性能有重要影響。目前商業(yè)化的鋰電池主要使用的是含有液態(tài)有機(jī)溶劑的電解液作為電解質(zhì)，這類液態(tài)電解質(zhì)通常易揮發(fā)、泄露且易燃，容易導(dǎo)致鋰電池發(fā)生短路、過充和熱失控，因而存在著潛在的安全隱患。因此，尋找一種更安全可靠的材料來替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)是解決鋰電池安全性和電池能量密度的有效途徑。

固態(tài)聚合物電解質(zhì)在鋰電池領(lǐng)域受到了人們極大的關(guān)注，這主要是因?yàn)榕c液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)聚合物電解質(zhì)在安全性能和力學(xué)性能上都得到了很大的提高。另外，固態(tài)聚合物電解質(zhì)質(zhì)輕，形狀設(shè)計(jì)靈活，更符合電子器件輕量化、薄形化的發(fā)展方向，具有更廣闊的發(fā)展前景。線性聚氧化乙烯(PEO)是最早開發(fā)也是研究較多的聚合物電解質(zhì)基體。線性聚氧化乙烯電化學(xué)性能穩(wěn)定并且與鋰鹽具有良好的相容性，然而其在室溫條件下極易結(jié)晶，阻礙了載流子的快速遷移，進(jìn)而導(dǎo)致以線性聚氧化乙烯為基體的固態(tài)聚合物電解質(zhì)在室溫下的離子電導(dǎo)率低(10^-7S/cm左右)，難以滿足鋰電池實(shí)用化的需求。與線性聚氧化乙烯相比，其他固態(tài)聚合物電解質(zhì)如聚碳酸酯，聚氨酯，聚酰胺，聚酯等基體與鋰鹽組成的電解質(zhì)也存在室溫離子電導(dǎo)率較低的問題，這進(jìn)一步限制了固態(tài)鋰電池在能源領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。提高聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率成為固態(tài)電解質(zhì)亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

卟啉是一種具有π電子共軛結(jié)構(gòu)的化合物。卟啉分子容易通過分子間的π-π相互作用進(jìn)行自組裝，并且卟啉分子容易與金屬離子進(jìn)行絡(luò)合，所以卟啉在催化、光電器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是鮮有將卟啉直接應(yīng)用于電解質(zhì)的報(bào)道。卟啉及其衍生物用于聚合物電解質(zhì)，可以利用卟啉分子中的雜環(huán)間π-π相互作用構(gòu)建離子傳輸通道，解決固態(tài)聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率低的問題。另外，卟啉及其衍生物與聚合物電解質(zhì)復(fù)合，不僅能夠有效地抑制聚合物電解質(zhì)基體的結(jié)晶，有利于離子的傳導(dǎo)，而且卟啉分子結(jié)構(gòu)中剛性雜環(huán)的存在能夠改善聚合物電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，避免無機(jī)聚合物復(fù)合電解質(zhì)中由于無機(jī)填料含量過高而造成的團(tuán)聚現(xiàn)象。因此，研發(fā)以聚合物、卟啉及其衍生物及鋰鹽復(fù)合的固態(tài)聚合物電解質(zhì)能夠?yàn)橹苽鋬?yōu)異綜合性能的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)提供新思路和研究方法，而且拓寬了現(xiàn)有復(fù)合型固態(tài)電解質(zhì)的類型，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有全固態(tài)聚合物電解質(zhì)所存在的室溫離子電導(dǎo)率低，力學(xué)性能較差，電池綜合性能難以滿足實(shí)際應(yīng)用的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)，其具有良好的成膜性、優(yōu)異電化學(xué)性能和電池循環(huán)性能。本發(fā)明第二個(gè)目的是為卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)提供簡單經(jīng)濟(jì)的制備方法以及提供在鋰電池中作為固態(tài)聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述卟啉復(fù)合型聚合物電解質(zhì)由卟啉或其衍生物、聚合物基體和鋰鹽制備所得。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，其中，所述的卟啉或其衍生物具有如下式所示結(jié)構(gòu)：