[发明专利]一种具有热敏特性的导电聚合物碱金属盐及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例提供了一种具有热敏特性的导电聚合物碱金属盐，包括导电聚合物重复单元和接枝在所述导电聚合物重复单元上的取代亚胺碱金属盐，所述导电聚合物重复单元包括五元不饱和杂环结构，所述取代亚胺碱金属盐包括取代酰亚胺碱金属盐和取代磺酰亚胺碱金属盐中的一种或多种，所述取代亚胺碱金属盐通过N原子与所述五元不饱和杂环结构中的C原子形成N‑C键。该导电聚合物碱金属盐兼具优异的热敏特性、导电子能力和导离子能力，将其应用于二次电池中，可有效提高电池的安全性和电化学性能，避免电池热失控的发生。本发明实施例还提供了该导电聚合物碱金属盐的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种具有热敏特性的导电聚合物碱金属盐及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的日新月异，电子消费品(手机、数码相机)和一些专业的电子设备正逐步向小型化和便携化发展，且使用功能不断扩增，已对储能设备(如电池)的能量密度提出了更高的要求，然而高能量密度设备的安全性问题迫切需要解决。目前，二次电池的电解质主要为非水有机电解液(常规为碳酸酯类电解液)，当电池在滥用(如热冲击、过充、针刺和外部短路等)状态下因其电解液存在易挥发、易燃烧等隐患，极易引起电池热失控而导致的安全性问题。

针对以上电池因热失控而引起的安全性问题，目前主流采用的策略有以下三方面：1)开发阻燃电解液，然而阻燃电解液的使用虽然可以在一定程度上降低电池的燃烧故障率，但是现有阻燃电解液对电池电化学性能有一定的负面影响；2)开发涂层隔膜，采用涂层隔膜可以提高隔膜的耐热能力，在一定程度上提高了电池的安全性能，但是涂层隔膜的使用会带来接触问题，且也无法满足电池安全性的需求；3)开发热敏材料，热敏材料是指由热能引起化学或物理变化的材料，其电阻受温度影响较大。

目前，热敏材料主要包括无机氧化物材料(如锶掺杂钛酸钡、铅掺杂钛酸钡等)、导电剂与高分子混合材料(如炭黑与聚氧乙烯混合)和导电聚合物材料(如聚噻吩化合物)三大类。其中，导电聚合物材料通常是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成，因此，导电聚合物不仅具有由于掺杂而带来的金属特性(如高电导率)和半导体特性，还具有高分子的分子设计结构多样化、可加工和比重轻等特点。然而，现有导电聚合物热敏材料虽然具有优良的热敏特性和导电子性能，将其应用于电池中可以有效避免电池的热失控行为，进而提高电池的安全性，但是现有导电聚合物热敏材料不具备导离子性，降低了电池的循环、倍率和低温等性能。因此，有必要开发一种兼具热敏特性、导电子性和导离子性等多功能特性的材料。

发明内容

鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种具有热敏特性的导电聚合物碱金属盐，其兼具优异的热敏特性、导电子能力和导离子能力，其应用于二次电池中，可有效提高电池的安全性和电化学性能，以解决现有导电聚合物热敏材料虽能一定程度提高电池安全性，但因不具备导离子性而导致电池的循环、倍率和低温等性能降低的问题。

具体地，本发明实施例第一方面提供了一种具有热敏特性的导电聚合物碱金属盐，包括导电聚合物重复单元和接枝在所述导电聚合物重复单元上的取代亚胺碱金属盐，所述导电聚合物重复单元包括五元不饱和杂环结构，所述取代亚胺碱金属盐包括取代酰亚胺碱金属盐和取代磺酰亚胺碱金属盐中的一种或多种，所述取代亚胺碱金属盐通过N原子与所述五元不饱和杂环结构中的C原子形成N-C键。

其中，所述取代酰亚胺碱金属盐的化学表达式为-N^-(M⁺)-C(＝O)-Z₁，其中，M为Li,Na,K,Rb或Cs，Z₁选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基和卤代芳氧基中的任意一种。