[发明专利]一种具有自愈合功能的聚合物电解质及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种具有自愈合功能的聚合物电解质及其制备与应用，其中，该具有自愈合功能的聚合物电解质为嵌段共聚物，其化学结构式如下。本发明通过对该聚合物电解质关键的结构及组成等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比能够有效解决聚合物电解质容易产生裂纹、造成电池短路的问题。其中x:y＝(5～20):100，n＝3～20。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质材料领域，更具体地，涉及一种具有自愈合功能的聚合物电解质及其制备与应用，该聚合物电解质是种含四重氢键结构UPy的嵌段共聚物，即，四重氢键结构UPy-MA、Poly(PEG-MA)前驱体经可逆加成-断裂链转移聚合形成的嵌段共聚物电解质。

背景技术

锂离子电池中的电解质作为一种关键材料是影响锂离子电池性能的重要因素。目前锂电池广泛应用的仍以液态电解质为主，但液态电解质因含有大量易燃易爆、易挥发的有机溶剂，给锂离子电池的安全性能提出了严峻的挑战。固态锂离子电解质相对于液态电解质有着很好的安全性能，特别是聚合物电解质可以根据不同的性能要求进行合理设计，从而可赋予电解质多种功能。相对于液态电解质，聚合物电解质也具有较好的机械性能。以上优点使聚合物电解质成为电解质材料的发展方向。

尽管聚合物电解质有着许多优势，但其韧性较差，在工作过程中容易破碎，从而可能引发电池短路而产生安全事故。如果能够设计一种具有自愈合功能的聚合物电解质则有望解决这个问题。当裂纹发生后，材料赋予的自愈合功能可以自发地将裂纹修复，因而可以有效避免因电池短路产生的安全问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种具有自愈合功能的聚合物电解质及其制备与应用，其中通过对该聚合物电解质关键的结构及组成等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比能够有效解决聚合物电解质容易产生裂纹、造成电池短路的问题，本发明是将四重氢键结构UPy-MA、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯PEG-MA通过可逆加成-断裂链转移聚合形成UPy-MA-Poly(PEG-MA)嵌段共聚物，而该聚合物结构中含四重氢键结构的UPy-MA可形成两分子二聚体，从而实现自愈合。此外，本发明通过控制该聚合物电解质制备方法的整体流程工艺(包括各个反应步骤中的反应物种类及配比、反应温度及反应时间等)，相应使得该聚合物电解质满足特定化学结构，应用于锂离子电池时，具有良好的电导率与机械性能，当聚合物发生裂纹或破碎后，能够自动进行修复，从而解决聚合物电解质因裂纹短路而发生的安全问题，并提高锂电池的使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有自愈合功能的聚合物电解质，其特征在于，该聚合物电解质为嵌段共聚物，其化学结构式如下：

其中优选的，x:y＝(5～20):100，n＝3～20。

作为本发明的进一步优选，所述聚合物电解质是主要由四重氢键结构UPy-MA和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯PEG-MA反应得到的嵌段共聚物，其中，

所述四重氢键结构UPy-MA的分子结构如下：

优选的，所述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯PEG-MA的分子结构如下：

所述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯PEG-MA的相对分子质量为200～1000。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种具有自愈合功能聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶加入溶剂中加热溶解，然后加入甲基丙烯酸异氰基乙酯，搅拌条件下反应，反应产物经沉淀、抽滤、以及干燥后得到四重氢键结构UPy-MA；