[发明专利]一种梳形聚合物电解质及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种梳形聚合物电解质及其制备与应用，该梳形聚合物电解质具有如式Ⅰ所示的化学结构式，其中，a为10～800的整数，x为0.2～0.8，ax为正整数，m为3～29的整数，n为1～31的整数，R为氢原子或甲基。本发明通过对该梳形聚合物关键的化学式结构、主链与侧链间的键接方式、取代率，及相应制备方法整体合成路线设置、各个工艺步骤的参数条件进行改进，使得该梳形聚合物主链与侧链通过离子键键接，能够有效解决聚氧化乙烯基聚合物电解质结晶度高、锂离子迁移能力低的问题。

技术领域

本发明属于固态聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种梳形聚合物电解质及其制备与应用。

背景技术

与其它电池相比，锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、自放电小等优点。而作为锂离子电池关键组成部分的电解质，其影响着电池的整体安全性。使用固态聚合物电解质替代液态电解质，可有效提高锂离子电池的安全性能。固态聚合物电解质，主要有聚醚系(主要为聚氧化乙烯)、聚丙烯腈系、聚甲基丙烯酸酯系和其他类型，不仅具有较轻的质量和良好的机械加工性能，而且能克服液态电解质易泄漏、加工封闭难和寿命短的缺点，被认为是一类有可能突破现有锂/锂离子电池技术性能瓶颈的重要电解质材料。

聚氧化乙烯是应用最成熟的固态聚合物电解质基体材料，能与许多锂盐(如高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等)形成络合物。在这些络合物中，锂离子通过与聚氧化乙烯中的氧原子不断地络合与解离，实现锂离子在电解质中的迁移。但线型聚氧化乙烯在室温下易结晶，限制了锂离子的迁移，因此需要对其进行改性，降低聚氧化乙烯的结晶度，增强锂离子的迁移能力、提升电池性能。

目前常用以下方法对聚氧化乙烯基电解质进行改性：(1)与其它聚合物共混，可大幅提高锂离子电导率，制备简单，但同时会降低电解质的力学性能；(2)形成交联聚合物，可同时提高锂离子电导率和力学性能，但通常会引入一些不需要的官能团，降低电池的循环性能；(3)加入无机填料，可明显提高力学性能，但各组分间的相容性会变差，导致稳定性降低；(4)形成枝状聚合物，可提高锂离子电导率，但仍然达不到商业应用的要求，而且制备过程也较为复杂。

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梳形聚合物电解质及其制备与应用，其中通过对该梳形聚合物关键的化学式结构、主链与侧链间的键接方式、取代率，及相应制备方法整体合成路线设置、各个工艺步骤的参数条件(如原料种类及配比、反应时间及温度等)进行改进，使得该梳形聚合物主链与侧链通过离子键键接，与现有技术相比能够有效解决聚氧化乙烯基聚合物电解质结晶度高、锂离子迁移能力低的问题，能够降低聚氧化乙烯的结晶度，获得电化学性能优良的电解质薄膜，并且该主链内部还具有苯环结构，能够有效提高该梳形聚合物的机械性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种梳形聚合物电解质，其特征在于，具有如式Ⅰ所示的化学结构式：

其中，a为10～800的整数，x为0.2～0.8，ax为正整数，m为3～29的整数，n为1～31的整数，R为氢原子或甲基。

按照本发明的另一方面，本发明提供了制备上述梳形聚合物电解质的方法，其特征在于，其合成路线如下：

其中，a为10～800的整数，x为0.2～0.8，ax为正整数，m为3～29的整数，n为1～31的整数，R为氢原子或甲基。

作为本发明的进一步优选，所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)将式Ⅲ化合物溶于第一溶剂中，搅拌混合均匀，得到式Ⅲ化合物的均相溶液；

(2)将式Ⅳ化合物加入至所述步骤(1)制得的式Ⅲ化合物均相溶液中，反应得到含式Ⅰ化合物的混合溶液；