[发明专利]交联聚合材料

说明书

一种交联聚合材料，其是通过将聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯和含有双键的磺酸盐聚合而形成的，所述双键有利于将磺酸盐共价键合至聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯。在所述聚合材料中，所述盐的阳离子被选自钠、锂、铝、镁和锌的金属离子任选取代。还提供了包含所述交联聚合材料的相关方法和膜以及电池。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月17日提交的美国临时专利申请No.62/351,538的优先权，其公开内容在此通过引用全部并入本文。

政府资金

本发明是在国家科学基金会(NSF)授予的基金号IIP-1237622的政府支持下完成的。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明尤其涉及交联聚合材料，包含该材料的膜和电池，以及相关方法。

背景技术

由于在电动车辆的新兴领域中需要可靠且成本有效的能量存储，对高能电池的需求正在快速增长。金属硫(例如Li-S)电池已被研究作为满足这些需求的最有前景的平台之一，因为硫阴极的理论比容量高(1675mAh/g)，约为当今锂离子电池(LIB)最有希望使用的嵌入阴极(例如LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)的200mAh/g)典型值的8倍。当与锂金属阳极配对时，相对于LIB中使用的石墨碳阳极(360mAh/g)，其理论比容量(3800mAh/g)也提高了10倍以上，硫阴极理所当然地成为最重要的转换阴极之一，因为它使电池技术具有每单位质量(2600Wh/kg)或每单位体积(2800Wh/L)的卓越比能量。然而，在金属硫电池中，问题在于，由于在阳极中产生的较高级LiPS(Li2Sx，x>2)转化反应产物倾向于溶解在电解质中，迁移到Li金属阳极并引发与阳极的寄生反应，而在一个称为“穿梭(shuttling)”的循环过程中侵蚀阴极和阳极。因此，需要有助于在改进的膜中使用的新材料，其尤其可以用于减少这种寄生反应和由此引起的危害。

虽然已经讨论的传统技术的某些方面有助于本发明的公开，但申请人并不否认这些技术方面，并且可以预料的是要求保护的本发明可以包含本文所讨论的一个或多个传统技术方面。

在本说明书中，在提及或讨论文献，法案或知识项目的情况下，该参考或讨论并不意在承认：根据适用的法律规定，所述文献，法案或知识项目或其任何组合在优先权日期即为公众可获得的，对公众公知的，部分公知常识，或构成现有技术；或者已知与本说明书试图解决的任何问题有关。

发明内容

简而言之，本发明尤其满足了有助于在改进的膜中使用的新材料的需要。

本发明提供了一种新的交联材料，其包括聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯单元和乙烯基磺酸盐单元，其中所述盐的阳离子被金属离子取代。

本发明的实施方式可以解决上面讨论的一个或多个问题和缺陷。然而，预期本发明可用于解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。因此，要求保护的本发明不应被解释为局限于解决本文所讨论的任何特定问题或缺陷。

所要讨论的交联材料和相关组合物、装置和方法的某些实施方案具有若干特征，其中单一特征不能单独地作为其所需属性的原因。在不限制由所附权利要求限定的交联材料和相关组合物、装置和方法的范围的情况下，现在将简要讨论它们更主要的特征。在考虑该讨论之后，特别是在阅读了本说明书中标题为“具体实施方式”的部分之后，人们将理解本文公开的各种实施方案的特征如何提供优于现有技术的许多优点。这些优点可包括，但不限于，例如提供离子选择性材料，以及包含该材料的改进膜和装置(例如电池)。