[发明专利]单离子导体聚合物锂盐及其制备方法

说明书

本发明公开单离子导体聚合物锂盐及其制备方法，该单离子聚合物锂盐通过苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐单体和马来酸酐通过简单自由基聚合制得。首先将对苯乙烯磺酰氯和苯磺酰胺在三乙胺和4‑二甲氨基吡啶的作用下生成苯乙烯基双磺酰亚胺并用氢氧化锂中和得到苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐单体。以偶氮二异丁腈作为引发剂，将苯乙烯基双磺酰亚胺锂与马来酸酐通过简单的自由基共聚合的方式键合到一起并形成乙烯基苯磺酰亚胺锂盐与马来酸酐交替聚合物。本发明将有马来酸酐这一高介电常数单元引入到现有的聚合物锂盐骨架或链段中，并通过其与锂离子间的相互作用促进锂离子的解离将会是一条有效增加“自由”锂离子的浓度，提高室温锂离子电导率和迁移数的途径。

技术领域

本发明涉及一种新型的锂单离子聚合物锂盐的制备，具体地说是一种交替结构的双苯磺酰亚胺锂基单离子聚合物锂盐的制备及其在聚合物电解质中的应用。

背景技术

与传统的液态电解质锂二次电池相比，基于有机聚合物电解质的全固态锂电池在电池能量密度、工作温度区间、循环寿命等方面均有较大的提升空间，是锂二次电池的重要发展方向。有机全固态聚合物电解质体系不仅具有质轻、黏弹性好、易成膜、电化学窗口宽、化学稳定性好等诸多优点，还能很好地抑制锂金属电池的枝晶问题。使用有机全固态聚合物电解质的锂电池能够克服液体电解质电池存在的易漏液、短路、不够安全等问题，同时还弥补了无机固体电解质脆性大、成膜性差、机械形变差的不足。另外，这类电池还可以采用的软性封装材料，如铝塑膜等，使其允许弯曲和折叠，促使电池外形设计可以更加灵活、方便，且总体质量轻，质量比能量大幅度提高。

通常有机固态聚合物电解质都是阴阳离子同时导电，锂离子迁移数比较低，仅在0.2～0.5之间，有的甚至小于0.1，这大大限制了聚合物电解质的应用。因为大多数的电化学装置都涉及到直流极化问题，在充放电过程中，阴离子会集结在电极/电解质界面，发生浓差极化现象，产生与外加电场反向的极化电压，其结果是阻碍锂离子的迁移，消减电池充放电流的稳定性，降低了电池的能量效率和使用寿命。解决有机固态聚合物电解质内部极化问题的有效途径是制备锂离子迁移数接近于1的聚合物电解质，而其中最重要的就是制备锂离子迁移数高的单离子聚合物锂盐。目前基于单离子聚合物锂盐聚合物电解质用于锂电池中最大的制约因素是其室温条件下的离子电导率和锂离子迁移数较低。因此，如何有效的提高有机固态聚合物电解质在室温条件下的离子电导率和锂离子迁移数一直是人们研究的热点。

发明内容

本发明针对室温条件下的离子电导率和锂离子迁移数较低的问题，设计了一种新型的交替结构单离子聚合物锂盐并提出了其制备方法。

本发明的技术目的采用以下技术方案予以实现：

单离子导体聚合物锂盐，由苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐(STSSILi)与马来酸酐(MA)共聚形成，其结构如式(Ⅰ)所示

其中n表示聚合度，在进行共聚时选择马来酸酐过量，以使苯乙烯基衍生物与马来酸酐的共聚倾向于交替聚合，苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐(STSSILi)与马来酸酐(MA)的摩尔比为1：(1—1.5)，优选1：(1.05—1.2)。

聚合度n至少为100，优选为200—1000，或者500—800。

单离子导体聚合物锂盐的制备方法，将苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐与马来酸酐在溶剂二甲基亚砜(DMSO)中均匀分散，加入热引发剂并排氧后，升温至引发温度之上进行聚合反应，待反应结束后，通入空气予以终止，并将聚合物的二甲基亚砜溶液沉淀于四氢呋喃中，沉淀三次以除去未反应的单体。

而且，在进行共聚时选择马来酸酐过量，以使苯乙烯基衍生物与马来酸酐的共聚倾向于交替聚合，苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐(STSSILi)与马来酸酐(MA)的摩尔比为1：(1—1.5)，优选1：(1.05—1.2)。

而且，热引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)，或者过氧化苯甲酰(BPO)，引发温度为60—80摄氏度。