[發明專利]一種聚合物電解質、制備方法和在鋰離子電池中應用

在審

• 申請號: 202210582739.2
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114914534A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張衛新;張云龍;穆罕默德阿爾凡;楊則恒;唐偉建;黃小琴;賴紀東;蘇建徽
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）;合肥工業大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

1.一種聚合物電解質，其特征在于：所述聚合物電解質包括以下組成部分以及相對于所述聚合物電解質總質量的組成比例：

(1)10-50wt％的磺酸鋰化合物組分，所述磺酸鋰化合物組分為第一磺酸鋰型化合物與硅酸四烷基酯的縮合產物、以及任選的第二磺酸鋰型化合物；

硅酸四烷基酯對第一磺酸鋰型化合物與第二磺酸鋰型化合物之和的摩爾比為1：10-50；

第一磺酸鋰型化合物和第二磺酸鋰型化合物各自獨立地由下式I、式II或式III表示：

在式I中，R為H、甲基、C4-C8烷基或硅酸烷基，優選R為H，條件是對于第一磺酸鋰型化合物R＝H，

優選地，n是選自2-8的整數、優選選自4-8的整數、優選4；

在式II中，R₁和R₂全部為H，或者R₁和R₂其中之一為H、另一個為甲基，m為1、2、3或4；

在式III中，R₃為化學鍵、-O-或R₄為H或甲基；優選R₄為H；

第一磺酸鋰型化合物與第二磺酸鋰型化合物相同或不同，優選相同；

(2)10-50wt％的聚合物基體，優選的所述聚合物基體為聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一種；

(3)10-50wt％的鋰鹽，優選的所述鋰鹽為LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃和LiN(SO₂CF₂CF₃)₂中的至少一種；以及

(4)任選地，10-20wt％的極性非質子有機溶劑，優選地所述極性非質子有機溶劑為乙腈、丙酮、二甲基甲酰胺、四氫呋喃和二氯甲烷中的至少一種。

2.根據權利要求1所述的電解質，其特征在于，第一磺酸鋰型化合物與硅酸四烷基酯按照摩爾比為10-50:1制備縮合產物，其中，相對于所述聚合物電解質的總質量，該縮合產物占比為10-50wt％；優選地，將所述的聚合物電解質涂覆于支撐載體上形成聚合物電解質膜；優選的所述的支撐載體為20-50μm厚度的多孔纖維隔膜；優選的所述多孔纖維隔膜為細菌纖維素膜、PVDF靜電紡絲膜和PAN靜電紡絲膜中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的電解質，其特征在于，所述硅酸四烷基酯的結構式為：

其中，R₅、R₆、R₇和R₈相同或不同，并且各自獨立地為C1-C4烷基、優選甲基或乙基、優選乙基。

4.制備如權利要求1-3任一項所述的聚合物電解質的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將二醇、叔丁醇鋰溶于極性非質子有機溶劑中，置入氮氣氛圍保護的常壓反應器內，在溫度50℃～90℃下加熱攪拌1～10h；

(2)向反應器中加入1,3-丙磺酸內酯，繼續加熱攪拌1～48h反應，反應溫度維持50℃～90℃，得到磺酸鋰型化合物粗產物；

(3)將所述磺酸鋰型化合物粗產物進行純化洗滌，得到磺酸鋰型化合物；

(4)將磺酸鋰型化合物、聚合物基體和鋰鹽在有機溶劑中共混，置入反應器中加熱攪拌，再滴加硅酸四烷基酯，控制反應溫度50℃～90℃，反應時間12～48h，得到聚合物電解質。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括(5)將所述電解質刮涂于支撐載體上形成凝膠層，將所述凝膠層置入真空烘箱內烘干溶劑，控制溫度50℃～90℃，烘干時間為12～48h，得到聚合物電解質膜。