[发明专利]亲水性磺酸锂三元共聚物及其制备方法

说明书

一种亲水性磺酸锂三元共聚物及其制备方法，所述亲水性磺酸锂三元共聚物为包含了由偏氟乙烯单体组成的聚偏氟乙烯结构单元、由乙烯基吡咯烷酮单体组成的乙烯基吡咯烷酮结构单元和全氟乙烯基醚磺酸锂结构单元的共聚物；制备方法包括：在反应装置中，分别加入偏氟乙烯单体、乙烯基吡咯烷酮单体和全氟乙烯基醚磺酸锂以及引发剂，采用聚合反应法一步共聚制成。本发明保留了聚偏氟乙烯的结构优势并克服了存在的缺陷，提高了化学稳定性；通过引入离子高效传输结构单元，优化了锂离子的传输效率并提高了锂电池的离子电导率，能降低电池充电过程中的极化，提高充放电性能；通过引入亲水基团改善亲水性，增加了电解液的吸附能力和锂离子的迁移速率。

技术领域

本发明涉及一种锂离子聚合物及其制备方法，尤其涉及一种亲水性磺酸锂三元共聚物及其制备方法，属于锂离子聚合物电池生产制造技术领域。

背景技术

锂聚合物电池是当今最为先进的可充电电池，目前，世界主要科技强国都在进行大力的研究和开发。

聚合物锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高、自放电小、无记忆效应、安全性能好、可制成任意形状等特点，同时，由于现有的锂离子充电池其电解液较多，可燃性高，在安全方面难以保证，而锂离子高分子聚合物充电电池使用多孔性高分子材料为电解质，减少了电解液，因而不易泄露，能够确保其安全性。

锂聚合物电池主要由正极、负极以及隔离纸等构成，目前所开发的锂聚合物电池中，高分子材料主要被应用于正极及电解质上，正极的材料包括有导电性高分子、有机硫磺系化合物，或一般锂离子二次电池所采用的无机化合物，电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质，或是有机电解液。

聚偏氟乙烯(英文简称：PVDF)是偏氟乙烯(英文简称：VDF)的均聚物，是一种热塑性含氟聚合物，其分子链的重复单元为-CH₂-CF₂-基团的交替排列，分子链之间可以形成稳定牢固的结合，这种特殊的分子结构决定PVDF氟树脂兼具含氟树脂和通用树脂的特性，具有耐化学腐蚀、耐热耐寒的特点，其耐候性能、疏水疏油性能优异，同时，还具有表面能低、可熔融加工等特性，可以加工形成不同形状的制品，广泛应用于锂电池正极材料、粘结剂、负极材料以及电池隔膜中。

伴随着锂离子的循环嵌入和脱出，锂电池的工作过程可以看作是锂离子在两极之间的“往复运动”，因此，作为锂电池使用的聚合物，其材料的电导率、锂离子迁移率和电化学稳定性方面有更高的要求。

然而，由于聚偏氟乙烯是结晶性聚合物，结晶度在60～80％之间，介电常数和欧姆电阻高，结晶熔融温度在140℃左右，因此，在电池通常的使用温度下，纯粹使用PVDF聚合物作为电池材料，其结晶性单元会阻碍电解液体中离子的传输，从而大大降低了离子的传输效率，严重影响了锂电池的充放电性能。

此外，PVDF的疏水特性会减弱电解液吸附能力，降低锂离子“往复运动”的迁移率，因此，对PVDF均聚物进行化学结构优化，以期制备得到性能优异的聚偏氟乙烯多元共聚物，有效提高PVDF的锂离子迁移率具有非常重要的意义。

目前，针对锂电池中PVDF存在的缺陷，大多采用共混引入含磺酸锂组分导电剂这样的方式来提高材料的离子传输性能，例如：

发明专利申请(申请号：201611173765.0)提供的《单离子凝胶聚合物电解质及其制备方法》；

发明专利申请(申请号：201611145093.2)提供的《一种锂单离子导电固态聚合物电解质》等。

然而，导电剂的加入虽然能有效提高材料的电化学性能，但会降低PVDF与其他材料的相容性，减弱聚合物材料本身的粘结力以及粘结力的持久性，导致电极粘合剂层容易从集电体上部分或全部剥离，负荷特性变差，产生容量劣化等问题。

此外，也有相关技术利用共聚的方式在PVDF结构中引入磺酸锂结构来提高离子传导性能，如：