[发明专利]一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池

说明书

本发明提供了一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池，所述聚合物电解质的基质由具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体均聚或者与第一单体共聚形成。在高温条件(120‑300℃)下会快速发生缩合反应，产生大量不燃性或阻燃性挥发物，从而将可燃气的浓度降到燃烧下限以下；同时稀释燃烧区内氧气的浓度，阻止燃烧的继续进行。聚合物基质间的缩合反应为吸热反应，同时形成的热固性高密度交联聚合物网络具有隔绝热和氧气功能，协同抑制了燃烧。该聚合物电解质还具有除水、除酸的功能，优异的氧化稳定性以及高的弹性。由该聚合物电解质组装的二次电池可有效避免极端条件下电池的喷射起火和爆炸，大幅度提升电池的安全性，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池由于采用易挥发、易燃、易爆的碳酸酯类电解液，在电池被挤压、过充、穿刺等非正常使用情况下易发生燃烧、爆炸等安全事故。为了解决这一安全问题，发展阻燃聚合物电解质是一种有效的解决方案。目前发展的阻燃聚合物电解质基质主要包括聚磷酸酯(例如中国发明专利CN 106832259 B)、含氟聚合物(例如中国发明专利CN 111224156 B)以及聚苯并恶嗪等。具体来说，中国发明专利CN 106832259 B公开了一种分子中含有联苯环和菲环结构的聚合型磷酸酯，相对于常规的聚磷酸酯化学和热稳定性有明显提高，且解决了小分子磷酸酯类阻燃剂阻燃效率低的问题；而中国发明专利CN111224156 B公开的一种半互穿网络阻燃聚合物，其所含的阻燃物质主要是含氟有机试剂，包括聚氟代碳酸丙烯酯等，采用原位固化方法，聚合而成的交联网络聚合物和聚合物自身的阻燃性可实现一定的阻燃效果。

然而，以上阻燃聚合物电解质虽然本征具有一定的阻燃性，但是在极端条件(例如过热、针刺等引起电池破裂时)下并不能有效避免电池的燃烧事故。据文献报道(Joule2020,4,743)，在极端条件下，碳酸酯溶剂等挥发形成的可燃气会从电池破裂处高速喷射而出，产生剧烈的喷射状火焰。也就是说，电池燃烧主要是碳酸酯溶剂等挥发形成的可燃气的气相燃烧。在这种条件下，现有技术公开的阻燃聚合物电解质基质不能有效产生阻燃性挥发物(如阻燃性气体等)，进而难以发挥气相阻燃功能。

因此，现有技术还有待改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质以及一种电池，旨在解决现有技术中阻燃聚合物电解质基质不能有效产生阻燃性挥发物，难以发挥气相阻燃功能的问题。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，聚合物基质由具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体均聚或者与第一单体共聚形成；所述不燃性或阻燃性物质的单体结构通式为：

其中，R₁选自H、CN、卤素或甲基中的一种；W选自O、S或NH中的一种；n的值取自1-6的正整数；X选自C或S中的一种；Y选自O或S中的一种；R₂选自单卤代或多卤代苯氧基、单卤代或多卤代萘氧基、单三氟甲基或多三氟甲基苯氧基、单羟基或多羟基取代苯氧基、多卤代烷硫基、烷基硅硫基、中的一种；R’选自含有卤素、醚、硫醚、胺、酯、酰胺或碳酸酯官能团的C原子数1-10的烷基。

所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，所述第一单体包括N-单取代丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、聚四氢呋喃二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酐、中的一种或多种；其中，B选自O或NH中的一种，D选自H、F或甲基中的一种，C^-选自PF₆ˉ，v的值取自1-4的正整数。

所述的具有气相阻燃功能的聚合物电解质，其中，所述具有气相阻燃功能的不燃性或阻燃性物质的单体在电解质中的质量占比为0.2-98％。