[发明专利]一种具有高耐热性和机械强度的有机‑无机杂化全固态聚合物电解质及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高耐热性能与机械强度的有机-无机掺杂全固态聚合物电解质，其特征在于：是由主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物基体、无机纳米粒子和锂盐组成，其质量份为聚合物基体1份，无机纳米粒子0.01～0.1份，锂盐0.3～0.5份；且该全固态聚合物电解质由如下方法制备得到，

将主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物基体在60～80℃下浸入1～3mol/L氢氧化钠溶液中24～36小时，取出后在真空下干燥，使聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物基体的苄溴基团水解后转化为苄羟基，再将得到的聚合物基体完全溶解于反应溶剂中，得到0.50～1.20g/10mL的混合溶液并将占聚合物基体质量1％～10％的无机酸烷基酯逐滴滴加到反应体系中，室温下搅拌4～8小时，再在混合溶液中加入占聚合物基体质量30％～50％的锂盐，待其完全溶解为均一溶液后，将其倾倒在水平聚四氟乙烯板上成膜，80～100℃下真空干燥48～72小时以除去反应溶剂，得到全固态聚合物电解质；

其中，主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物基体的结构式如下所示，

其中Ar为

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆相同或不相同，为Br或H；

n为聚乙二醇重复单元数目，聚乙二醇的数均分子量为600、800、1000或2000中的一种，0.1≤x≤0.9，m表示聚合度，为10～60的整数；

无机纳米粒子为二氧化硅或二氧化钛，其粒径为80～200nm；锂盐为高氯酸锂、硫酸锂或六氟磷酸锂；

无机酸烷基酯为四乙氧基硅烷或钛酸四乙酯中的一种；

反应溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

2.如权利要求1所述的具有高耐热性能与机械强度的有机-无机掺杂全固态聚合物电解质，其特征在于：主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物是由如下步骤制备得到，

1)在氮气氛围下，将4,4′-二氟二苯甲酮、芳香族甲基双酚、氯封端的聚乙二醇、无水碳酸钾加入到反应容器中，反应溶剂为环丁砜或N-甲基吡咯烷酮，反应体系中，固体物质的质量含量范围是20％～30％；加入体积为反应溶剂体积1/3～1/2的带水剂甲苯，反应物经充分搅拌溶解后升温至120℃～140℃回流1～4小时，保证完全除去反应生成的水后，除去甲苯，然后将温度升至160℃～190℃反应6～9小时，将上述制得的聚合物溶液倒入去离子水中析出，得到柔韧的聚合物细条，将其粉碎后，用去离子水和乙醇分别煮沸5～10次，以除去残余反应溶剂和未参与反应的小分子物质；抽滤后将产物置于80～100℃下真空干燥24～48小时，从而得到主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇共聚物；其中，4,4′-二氟二苯甲酮与氯封端的聚乙二醇的摩尔比为9：1～1：9，氯封端的聚乙二醇与4,4′-二氟二苯甲酮的摩尔数用量和等于芳香族甲基双酚的摩尔用量，无水碳酸钾的摩尔用量为芳香族甲基双酚摩尔用量的1.0～1.4倍；

2)将得到的聚芳醚酮-聚乙二醇共聚物在氮气氛围下完全溶解在反应溶剂中，在室温搅拌下，加入聚芳醚酮-聚乙二醇共聚物中甲基重复单元摩尔数1.0～1.5倍的溴化试剂N-溴代丁二酰亚胺，及占N-溴代丁二酰亚胺摩尔数5％的引发剂过氧化苯甲酰，随后将反应体系升温至70～90℃反应5～8小时，降至室温后将粘稠的聚合物溶液出料于乙醇中，并用沸腾乙醇洗去多余溴化试剂，真空条件下80～100℃干燥，得到主链含聚乙二醇结构的聚芳醚酮-聚乙二醇溴化共聚物。

3.如权利要求2所述的具有高耐热性能与机械强度的有机-无机掺杂全固态聚合物电解质，其特征在于：芳香族甲基双酚为2-甲基对苯二酚或3,5,3′,5′-四甲基联苯二酚中的一种。