[发明专利]一种杂化聚合物电解质、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种杂化聚合物电解质，包括金属盐以及以八巯基聚倍半硅氧烷为内核、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联臂构成的交联聚合物，交联聚合物化学结构式如下，n为4～113的整数。本发明还公开了一种杂化聚合物电解质的制备方法以及该杂化聚合物电解质的应用，该杂化聚合物电解质基于紫外光引发硫醇‑烯反应而制备，该制备方法中无需添加光敏剂。本发明聚合物电解质中POSS结构和PEGDMA结构结合使得该聚合物电解质相对传统聚合物电解质能够有效克服传统聚合物电解质机械性能较差、电导率低的缺点。

技术领域

本发明属于聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种杂化聚合物电解质、其制备方法及应用。

背景技术

以锂离子电池为代表的金属离子电池，电解质是影响锂离子电池性能的重要因素之一。当前，商业化的锂电池仍然以液态电解质为主，但液态电解质中的大量有机溶剂存在易燃易爆等隐患，给锂离子电池的安全性提出了严峻挑战。固态电解质相对于液态电解质具有能量密度高、质轻等优点。无机固态电解质电导率高，但硬而脆，而聚合物固态电解质则可以根据不同要求进行合理设计，从而获得功能化的聚合物电解质，但聚合物固态电解质存在着电导率、机械强度较低等缺点。基于以上优点，有机-无机杂化聚合物电解质成为未来电解质材料的重要发展方向之一。

聚氧化乙烯基电解质是研究最早的一类聚合物电解质，结构可设计，具有一定的柔韧性，但其室温离子电导率低、机械性能欠佳以及易燃等问题仍有待解决。而无机固态电解质由于晶体结构中的离子通道，具有较高的锂离子电导率，但无机固态电解质由于硬而脆的特性，在弯折时容易碎裂。为了提高固态电解质的综合性能，向聚合物基底中掺杂无机填料是一种常见策略。然而无机填料与聚合物基质难以相容，无机填料添加量过多容易导致电导率降低，填料分散不均匀，无法有效抑制锂枝晶生长。崔屹课题组(Nano Lett.2015,15,2740-2745)将无机填料Li_0.33La_0.557TiO₃(LLTO)纳米线掺杂于聚合物基底中形成复合聚合物电解质，该复合聚合物电解质相较于颗粒状无机填料具有更高的离子电导率。然而在电子透射显微镜下观察LLTO纳米线与聚合物基底仍然存在相分离和无机填料的聚集。无机填料的不均匀分布会导致在锂枝晶在界面薄弱处生长，最终刺穿隔膜。因此提升无机填料在聚合物基底中相容性对进一步提升电解质性能具有重要意义。

另外，紫外光引发的硫醇-烯反应因简单高效而应用广泛，然而光敏剂的引入则会引入杂质，最终光敏剂会沉积在电解质与电极界面处，增大界面阻抗，腐蚀电极。同时光敏剂在紫外光照下会引发双键自聚合，导致交联结构的不确定性增加(Electrochimica Acta2012,60,23-30)。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种杂化聚合物，该聚合物电解质中POSS结构可赋予杂化聚合物电解质较好机械性能，PEGDMA结构则赋予电解质传导锂离子功能，这两种功能同时发挥作用即使得该聚合物电解质相对传统聚合物电解质能够有效克服传统聚合物电解质机械性能较差的缺点，从而可以避免电解质燃碎裂等安全性问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种杂化聚合物电解质，该杂化聚合物电解质包括金属盐以及以八巯基聚倍半硅氧烷为内核、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联臂构成的交联聚合物，所述交联聚合物的化学结构式为：

其中，n为4～113的整数。

进一步地，所述交联聚合物主要由所述八巯基聚倍半硅氧烷和所述聚乙二醇二甲基丙烯酸酯反应得到；其中，

所述八巯基聚倍半硅氧烷的化学结构式为：

所述聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的化学结构式为：

其中，n为4～113的整数。