[發明專利]一種聚醚砜單離子聚合物和單離子凝膠聚合物電解質

有效

• 申請號: 202110392601.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113185695B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 呼微;尤瑩雪;梁笑笑;杜新偉;趙麒;劉佰軍
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08G75/23
• 分類號: C08G75/23;H01M10/0565;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種聚醚砜單離子聚合物，其化學結構如式（Ι）所示。首先制備含甲氧基聚醚砜；再將含甲氧基聚醚砜用三溴化硼去甲基；最后將含羥基聚醚砜與有機鋰鹽3?氯丙烷磺酰（三氟甲磺酰）亞胺鋰反應獲得聚醚砜單離子聚合物。由于將陰離子固定在聚醚砜基體上，因此體系中只有Li⁺移動。其雙磺酰亞胺鋰部分具有低離子解離域能，促進了鋰離子的解離和傳輸，提供更多的鋰源，保證了體系高的鋰離子電導率，提高電解質的Li⁺遷移數；進而提高電池的電化學性能和穩定性。本發明還提供了一種單離子凝膠聚合物電解質,將聚醚砜單離子聚合物與功能性聚合物共混，再經澆鑄、浸泡獲得凝膠聚合物電解質。所制得的單離子凝膠聚合物電解質具有優異和穩定的電池性能，可廣泛應用于鋰離子電池和鋰金屬電池領域。

技術領域

本發明屬于鋰電池應用技術領域，具體涉及一種聚醚砜單離子凝膠聚合物以及由其制成的單離子凝膠聚合物電解質。

背景技術

由于化石能源的過度消耗、大氣污染和全球變暖，現代文明發展遇到瓶頸，解決的

途徑之一是發展和有效利用綠色能源。鋰離子電池因其在比能量密度、成本和安全性方

面的優勢而成為人們關注的焦點之一。目前，鋰離子電池（LIBs）廣泛應用于手機、筆記本電腦等便攜式電子設備、電動車中和大型的電力儲備系統，在日常生活中發揮著重要作用。傳統的鋰離子電池是由液態有機電解質、隔膜、正極、負極等組成。然而，目前應用最廣泛的商用液體電解質LIBs存在著嚴重的安全問題，如液體泄漏、可燃性和爆炸性。新型隔膜的開發以及聚合物電解質的研究成為目前鋰離子電池技術的熱門話題。

單離子聚合物電解質( single-ion polymer electrolyte，SIPE )是通過化學鍵將陰離子基團以共價鍵的形式固定在聚合物或無機骨架上，使體系中只有鋰離子移動。在充放電過程中鋰離子能夠更加均勻的沉積，緩解鋰枝晶的形成。同時，能夠克服鋰離子電池中電解液的泄露問題，改善鋰離子電池的安全性。因而，采用SIPE取代傳統隔膜能夠在一定程度上解決鋰枝晶問題，提高了鋰離子電池的電池性能及安全性。

眾所周知，聚苯醚是一種特種工程塑料，具有優異的機械性能、耐高溫性能、化學穩定性以及難燃性能等優點，因此可以作為下一代隔膜材料。中國專利CN 101916836 A以聚砜類工程塑料和聚乙烯吡咯烷酮為原料，通過溶劑溶解后共混涂鑄成膜，再使用含低級醇的電解質溶液對膜進行親水化處理后制得一種水溶液電化學器件用的聚合物隔膜。該共混膜具有優異的化學與熱穩定性，但隔膜成膜的均一性差，且孔隙率有限。中國專利CN103000851 A采用靜電紡絲技術制備了聚砜納米纖維隔膜，此纖維隔膜具有抗撕裂、耐高溫、耐高壓的優點，且均一性好，孔隙率高。

綜上所述，將聚醚砜制備成隔膜是采用小分子鋰鹽作為鋰源。在電池的充放電過程中，由于陰陽離子移動速率的不同會產生濃差極化，影響電池的穩定性。與此同時，鋰離子遷移數的降低會加速鋰枝晶的生長，進而影響電池性能，甚至會發生爆炸等安全事故。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明嘗試將鋰鹽接枝在熱穩定性好的剛性聚合物上，以制備單離子聚合物，由此得到的單離子凝膠聚合物電解質，可減少電池在充放電過程中產生的濃差極化，提高電池的安全性能及循環性能。本發明目的是提供一種聚醚砜單離子聚合物及由其制備得到的聚醚砜單離子凝膠聚合物電解質，制備得到的電解質具有良好的熱穩定性，還具有優異的離子電導率和電化學性能。

一種式(Ι)所示的聚醚砜單離子聚合物，其化學結構如下：

其中:

m＝2～4；

R₂＝-H，m＝2～4。

本發明還提供了式(Ι)所示的聚醚砜單離子聚合物的制備方法，其合 成路線如下所示：