[发明专利]一种基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质

说明书

本发明公开了一种基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质。由含有双键的功能化硼酸锂盐与含有巯基的化合物进行烯‑巯点击反应、或者由含有双键的功能化硼酸锂盐与同时与含有巯基的化合物和含有双键的聚醚进行多元烯‑巯点击反应，制成线性或网络状的全固态或者凝胶电解质。本发明制备的锂单离子传导聚合物电解质具有合成简单易行、原料便宜易得、室温电导率高、锂离子迁移数高、电化学窗口宽等优点，用本发明提供的电解质组装的锂电池安全性好，倍率性能好，循环寿命高且稳定。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质领域，涉及锂单离子传导聚合物电解质及其制备方法。更具体的，涉及一种基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质。

背景技术

随着智能手机、智能移动设备、电动汽车、混合动力汽车的快速发展，对锂电池的能量密度，安全性能要求越来越高。电解质作为锂电池的一个重要组成部分，对电池性能有重要影响。理想的电解质要求具有离子电导率高，锂离子迁移数高，电化学窗口宽，热稳定性好、机械强度高、安全性好等特性。

传统的锂离子电池使用的是液体电解质，通常由有机液体与锂盐组成。而这些有机液体如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、乙烯碳酸酯(EC)等是易燃易爆物质，在锂离子电池的使用中存在诸多安全隐患(如燃烧、爆炸、泄漏等)。

聚合物电解质由具有离子传导能力的聚合物与锂盐复合而成，比液体电解质具有更好的安全性，而且可以同时作为电解质和隔膜使用。但是一般聚合物电解质是双离子导体，即锂离子和阴离子在充放电过程都会迁移。但是由于锂离子与聚合物有络合，迁移速率比阴离子慢很多，由锂离子所传递的电流低至只占五分之一，相应的锂离子迁移数通常在0.2～0.5之间。且阴离子与电极没有反应，在电极处累积造成浓差极化，会造成阻抗增大，阻碍锂离子的传导，降低电池的能量效率。

锂单离子传导聚合物电解质是指将锂盐中的阴离子固定到高分子链上，高分子链由于分子量和体积巨大而迁移困难，这样就限制了阴离子的移动，仅有锂离子发生迁移，离子迁移数理论上可以接近1。

现在国内外锂单离子传导聚合物电解质的研究工作很多，但是多存在合成步骤繁琐、室温电导率较低、机械强度和成膜性能较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，用简单易行、低成本的方法制备离子电导率高、离子迁移数高的锂单离子传导聚合物电解质。

本发明的上述目的通过以下技术方法来解决：一种基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质，由含有双键的功能化硼酸锂盐与含有巯基的化合物进行烯-巯点击反应、或者由含有双键的功能化硼酸锂盐与同时与含有巯基的化合物和含有双键的聚醚在增塑剂中进行多元烯-巯点击反应，制成线性或网络状的全固态或者凝胶电解质。

本发明的基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质，其制备方法为原位反应生成或者反应完成之后再成膜进行应用。

优选地，上述含有双键的功能化硼酸锂盐的结构如式(Ⅰ)所示：

其中，所述R₁,R₂相同或者不同，均选自C1～C4的直链饱和烷烃；

优选地，上述的含有巯基的化合物的分子内有1～5个巯基。

优选地，上述的含有双键的聚醚的分子内有1～5个双键。

优选地，上述的烯-巯点击反应，其使用的引发剂为光引发剂或者热引发剂。

进一步地，上述的增塑剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂或酯类溶剂。

进一步地，本发明提供的基于功能化硼酸锂盐的锂单离子传导聚合物电解质可以作为锂离子二次电池的电解质使用。