[发明专利]一种单离子导电聚合物电解质及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种单离子导电聚合物电解质及其制备方法和用途。将4‑苯乙烯磺酰全氟烷基磺酰亚胺锂盐，和烯丙基聚醚通过硅氢加成反应接枝在含氢硅油上。得到单离子导体通过交联剂交联成膜。本发明主要是提高聚合物电解质的锂离子迁移数以及电导率，获得的电解具有较低的玻璃化温度，较高的稳定性，以及较高的锂离子迁移数,较高的电化学窗口，在锂离子电池聚合物固体电解质由很大的应用前景。

技术领域

本发明公布了一种单离子导电聚合物电解质及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池具有能量密度和输出电压高、无记忆效应、环境友好等优点，已经被广泛地应用于电子、航天、电动车辆等领域。电解质是制造锂电池所需的四大关键材料之一，其性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。目前常用的是液体电解质，但液体电解质由于含有低沸点的有机溶剂，很容易造成燃烧、爆炸、漏液等安全事故。

固体聚合物电解质由于不含有有机溶剂，因此不存在安全隐患。而且，采用固体聚合物电解质会有效的抑制锂枝晶的形成，且易于加工。固体聚合物电解质一般是将导电锂盐和聚合物基体复合形成聚合/锂盐熔盐体系，常见的聚合物基体是PEO。通过醚氧键与锂离子的弱配位以及PEO的链段运动来实现锂离子的迁移。

由于PEO的结晶性，固体电解质在常温下的电导率只有10^-5S/cm左右，不能满足商业要求的10^-3S/cm，目前采用加入纳米粒子，共聚，增塑剂等方法来降低PEO的结晶性.

目前的固体电解质很多是双离子导电体系，即直接加入锂盐，比如LiPF₆,LiClO₄,LiTFSI等锂盐，这些外加电场下，阴阳离子都会移动，由于阴离子不参加电极反应，在电极与电解质的界面会形成浓度梯度，产生浓差极化，这样会与外加电场形成相反的电动势，降低电池的能量密度，严重影响电池的使用寿命。

目前常见的单离子导电聚合物电解质是将含双键的阴离子与PEGMA共聚，但由于玻璃化温度较高，常温下电导率较低。而聚硅氧烷类电解质则会有效的解决这个问题。

发明内容

本发明旨在解决目前的固体聚合物电解质存在的迁移数低以及电导率低等问题，提出了一种单离子导电聚合物电解质及其制备方法和用途。

本发明首先公开了一种式(I)结构的单离子导电聚合物电解质，

式(I)中：x是1-4的整数，y是4-7的整数,I是6-10的整数，m是整数的整数，p也是整数。

该单离子导电聚合物电解质可以交联成膜在锂离子电池中进行应用。

本发明还公开了一种基于式(1)所述的单离子导电聚合物电解质的固体电解质膜的制备方法，按以下的步骤进行(1)将烯丙基聚醚溶于甲苯中，加入100ppm的0.01mol/LH₂PtCl₆，其中烯丙基聚醚与甲苯的质量比是1:1，得到混合物A；(2)将含氢硅油溶于甲苯中，含氢硅油与甲苯的质量比是1:1，得到混合物B；(3)将混合物A滴加到混合物B中，其中烯丙基聚醚与含氢硅油的质量比为2:1，80℃反应24h，反应后将甲苯溶剂蒸掉，将得到的聚醚改性含氢硅油溶解在乙腈中，得到混合物C；(4)将4-苯乙烯磺酰全氟烷基磺酰亚胺锂溶于乙腈中，其中锂盐单体与乙腈的质量比例是1:10，在手套箱内搅拌5h，得到混合物D；(5)将含有锂盐单体的混合物D滴加到混合物C中，80℃反应24h，得到单离子导电聚合物；(6)将单离子导电聚合物与双烯丙基封端的聚醚反应，交联成固体电解质膜。