[发明专利]一种聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂-聚碳酸亚乙烯基酯共聚物及其应用

说明书

本发明属于聚合物合成技术领域，公开了一种聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂‑聚碳酸亚乙烯基酯共聚物及其应用。该共聚物是将对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂单体、碳酸亚乙烯基酯单体，催化剂加入到溶剂Ⅰ中，在70～100℃聚合反应合成。其中，对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂单体是将对苯乙烯磺酸钠和氯化亚枫在溶剂中‑10～25℃反应，再加入缚酸剂、活化剂、三氟甲基磺酰胺在‑10～25℃反应；再加入碳酸钾在25～70℃反应；然后加入高氯酸锂在25～60℃反应制得。本发明所述的共聚物具有较高的锂离子迁移数和室温电导率，其制备方法简单，以实现大规模生产，可作为锂离子电池电解质。

技术领域

本发明属于聚合物合成技术领域，更具体地，涉及一种聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂-聚碳酸亚乙烯基酯共聚物及其应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大、工作温度范围广等优点，在智能便携式设备和新能源汽车中应用广泛。目前对锂离子电池的研究主要集中在正负极材料上，而对作为电池组成必不可少的电解质的研究则较少。商业化的锂离子电池主要使用的是液体电解质，包括无机锂盐和聚合物凝胶体系，全固态聚合物电解质在较宽的温度范围内具有高比能量、大功率、长循环寿命、设计灵活，可以避免液态电解质存在的漏液和爆炸等安全问题，是锂离子电池未来的发展方向。

目前的研究热点主要集中在无机锂盐掺杂聚环氧乙烷基共聚物上，但其室温电导率(10^-4S/cm)不能满足锂离子电池应用的实际需求(10^-3S/cm)，锂离子迁移数偏低(0.2～0.5)，与电极材料相容不好。同时在充放电过程中，阴离子会集结在电极/电解质界面，发生浓差极化，产生与外加电场反向的极化电压，阻碍离子迁移，消减充放电流稳定性，降低能量效率和使用寿命。解决聚合物电解质内部极化问题的有效途径是制备锂离子迁移数接近于1的单离子导电聚合物，这就需要设计一些特殊的单体，而对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂由于其具有苯乙烯结构，具有较好的力学性能，是目前作为单离子导电聚合物单体较好的选择。聚碳酸酯相对于聚环氧乙烷是一种非晶聚合物，同时存在可以传输锂离子的极性氧，这样锂离子传输也更容易，将对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂 (LiSTFSI)与碳酸亚乙烯基酯(VC)共聚得到的新型共聚物就具有较好的电导率。

发明内容

为了解决上述目前现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供了一种聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂-聚碳酸亚乙烯基酯共聚物。

本发明另一目的在于提供了上述聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂- 聚碳酸亚乙烯基酯共聚物的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种聚对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂-聚碳酸亚乙烯基酯共聚物，所述共聚物的分子结构式如式(Ⅰ)所示：

其中，n和m为聚合度，n：m的摩尔比为(1～4)：(4～1)；所述共聚物是将对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂单体、碳酸亚乙烯基酯单体，催化剂加入到溶剂Ⅰ中，在70～100℃聚合反应合成；

其中，所述对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂单体的制备，包括如下具体步骤：

S1.将对苯乙烯磺酸钠和氯化亚枫为加入溶剂中在-10～25℃反应，制得对苯乙烯磺酰氯；

S2.在对苯乙烯磺酰氯中加入缚酸剂、活化剂、三氟甲基磺酰胺和溶剂，在 -10～25℃反应，制得对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)胺三乙胺；

S3.将对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)胺三乙胺和碳酸钾加入溶剂中在 25～70℃反应，得到对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺钾；

S4.将高氯酸锂与对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺钾加入溶剂中在 25～60℃反应，制得对苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂。