[发明专利]多元共聚单离子聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种多元共聚单离子聚合物电解质及其制备方法和应用，多元共聚单离子聚合物电解质具有如式I所示结构：其中，m为20～200的整数，n为20～500的整数，k为10～100的整数，i为8或9。本发明能够提高电解质的离子电导率、电化学窗口、以及与电极界面的相容性等性能。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种多元共聚单离子聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

由于具备高能量密度、可轻量化、快速充放电和长寿命等特点，锂离子电池正从最初仅限于便携式消费电子产品迅速向对性能要求苛刻的应用领域扩展，如电动汽车、固定大规模储能或微电子。在现有技术中，液态电解质的使用因存在极大的安全问题而受到限制，固态电解质因不使用溶剂并具备抑制锂枝晶的优势正被用以取代液态电解质。单离子导体聚合物电解质可作为其中的一种固态电解质，其由一个聚合物主链和一个可自由移动并负责离子迁移的阴离子基团组成，其特殊的结构可使锂离子迁移稳定并且统一，但其单一结构的使用无法满足锂离子电池对离子电导率、电化学窗口等性能的整体要求，一般可选择具备不同性质的单体与形成单离子聚合物的单体共聚，以改善所制备的单离子聚合物电解质的性能，但现有单离子聚合物电解质的离子电导率、电化学窗口、以及其与电极接触界面的相容性仍有待进一步提高。

发明内容

本发明提供一种多元共聚单离子聚合物电解质，具有良好的离子电导率、电化学窗口、以及与电极接触界面的相容性等性能，能够有效克服现有技术所存在的缺陷。

本发明的一方面，提供一种多元共聚单离子聚合物电解质，其具有如式 I所示结构：

其中，m为20～200的整数，n为20～500的整数，k为10～100的整数， i为8或9。

本发明的多元共聚单离子聚合物电解质由含有不饱和双键的锂盐单体、碳酸乙烯亚乙酯、含有不饱和双键的聚氧乙烯醚共聚而成，通过选择该些具备不同性质的单体共聚，调整聚合物电解质的微观结构，能够改善单离子聚合物电解质的电导率、电化学窗口以及界面相容等性能。发明人经研究分析认为，上述式I结构中，锂盐单体基团能够为聚合物电解质提供较高的离子电导率、离子迁移系数，侧链含有碳酸酯结构的碳酸乙烯亚乙酯基团能够为聚合物电解质提供较宽的电化学窗口，聚氧乙烯醚基团能够有效改善聚合物电解质以及由其形成的电解质膜的柔韧性，进而提高与电极材料的界面相容性，由此，上述多元共聚单离子聚合物电解质兼具高离子电导率、宽电化学窗口、以及与正极和负极间优异的界面相容等性能。

在一些实施例中，m例如可以为20、30、40、50、60、70、80、90、100、 110、120、130、140、150、160、170、180、190、200或这些数值中的任意两者组成的范围，n例如可以为20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、 150、180、200、220、250、280、300、320、350、380、400、420、450、480、 500或这些数值中的任意两者组成的范围；k例如可以为10、15、20、25、 30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或这些数值中的任意两者组成的范围。

例如，在一些实施例中，上述式I所示结构的电解质包括如下式Ia所述结构的电解质：

本发明的另一方面，提供一种上述多元共聚单离子聚合物电解质的制备方法，包括：将锂盐单体、碳酸乙烯亚乙酯、聚氧乙烯醚单体进行共聚，得到电解质；其中，锂盐单体具有式1-1所示结构，聚氧乙烯醚单体具有式1-3 所示结构：

本发明采用多元共聚的方式制备单离子聚合物电解质，可以灵活调整共聚单体的种类和配比等条件，实现对聚合物微观结构的设计和控制，获得性能优良的聚合物电解质。