[發明專利]聚合物電解質、聚合物電解質膜的制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110646000.9
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113583243B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李俊煥;韓宜林;馬朝暉;卜瑤;賴毅梅;張瑩瑩;王英杰;李子坤;任建國;賀雪琴
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源技術研究院有限公司;貝特瑞新材料集團股份有限公司
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C08J5/18;C08J7/12;C08L87/00;H01M10/0525;H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 錢嫻靜

本申請涉及聚合物電解質、聚合物電解質膜的制備方法及鋰離子電池，所述聚合物電解質具有嵌段式聚合物鏈，該聚合物鏈含有提高聚合物電解質離子電導率的雙離子導體基團，能夠與鋰鹽、電解液添加劑形成協同效應，從而提高電解質的離子電導率；該聚合物鏈含有共軛結構及分子間氫鍵，能保證聚合物凝膠電解質的力學強度，通過主鏈上的酯鏈、聚氨酯鏈、硅烷基團和吡啶環，以及側鏈上的離子基團，提高分子鏈柔性，使得聚合物薄膜具有極佳的柔韌性，進而提高聚合物電解質的機械性能和電化學穩定窗口；再者，該聚合物電解質含有硅烷基團、烷基鏈，能夠與電解液中的塑化劑相互吸附，提高電解液吸附能力。

技術領域

本申請涉及固態電解質技術領域，具體地講，涉及聚合物電解質、聚合物電解質膜的制備方法及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子二次電池具有高能量密度、長循環壽命、無記憶效應等優點，近幾十年已經得到了突飛猛進的發展，目前已經廣泛應用于小型儲能設備、電動汽車、智能電網等領域。然而，鋰離子電池常用的是有機小分子液態電解液，雖然有機小分子碳酸酯類具有良好的鋰鹽解離及鋰離子傳遞作用，但存在著漏液、起火、爆炸等安全隱患，鋰不均勻的沉積和脫出會導致鋰枝晶的生成，最終導致循環性能變差、脹氣甚至短路。使用固態電解質代替液態電解液，能避免界面處持續的副反應，且較高的機械性能一定程度上也能抑制鋰枝晶的生成，改善界面穩定性，同時，固態電解質不泄露、易封裝及工作溫度范圍寬，具有更高的安全性及易操作性。

固態電解質可以劃分為無機固態電解質和有機固態電解質，無機電解質主要包括氧化物和硫化物。硫化物無機固態電解質鋰離子電導率高、機械性能好，但是不穩定，對水氧敏感，制備條件嚴苛。氧化物無機固態電解質相對穩定，但較脆，韌性差，導致電極與電解質界面相容性差，限制了它的實際應用。有機固態電解質包括聚合物電解質，聚合物電解質存在著電化學穩定差，電化學窗口窄、機械性能差等行業實際問題。

發明內容

鑒于此，本申請提供高聚合物電解質、聚合物電解質膜的制備方法及鋰離子電池，能夠提高離子電導率，提高機械性能及電化學穩定窗口。

第一方面，本申請提供一種聚合物電解質，所述聚合物電解質包括式I所示的聚合物；

其中，R₁為式I-1所示的結構單元，R₂為式I-2所示的結構單元，R₃為式I-3所示的結構單元，R₄為式I-4所示的結構單元，

其中，n₁取值范圍在n₃至n₃+6之間；

n₂取值范圍在n₄-8至n₄+8之間；

式I-3所示結構單元中的R離子為含氟酸根離子，式I-1所示結構單元中的R’為含氟烷基或氟。

在上述方案中，所述聚合物電解質具有嵌段式聚合物鏈，該聚合物鏈含有提高聚合物電解質離子電導率的雙離子導體基團，能夠與鋰鹽、電解液添加劑形成協同效應，從而提高電解質的離子電導率；該聚合物鏈含有共軛結構及分子間氫鍵，能保證聚合物凝膠電解質的力學強度，通過主鏈上的酯鏈和聚氨酯鏈、硅烷基團和吡啶環，以及側鏈上的離子基團，提高分子鏈柔性，使得聚合物薄膜具有極佳的柔韌性，進而提高聚合物電解質的機械性能和電化學穩定窗口；再者，該聚合物電解質含有硅烷基團、烷基鏈，能夠與電解液中的塑化劑相互吸附，提高電解液吸附能力。該聚合物鏈中較大的側鏈結構可以帶來空間位阻和帶電基團的排斥力，兩種排斥力相互平衡，能提高聚合物電解質對外界壓力和體積變化的自膨脹和自收縮效能，提高聚合物電解質的自適應能力。

結合第一方面，在一種可行的實施方式中，所述聚合物電解質滿足以下特征a～f中的至少一種：