[发明专利]一种固态电解质的聚合物基材、聚合物固态电解质以及电池

说明书

本申请提供了一种固态电解质的聚合物基材及其制备方法以及聚合物固态电解质和电池，聚合物基材为星型结构，具有中心核和与所述中心核键合的臂部，中心核含有无机纳米粒子，臂部由式（1）所示的化合物聚合得到，（1），其中A含有基团‑C=C‑或‑C≡C‑，R₁选自取代或未取代的C1‑C10的烷基、H中的一种，n大于零且为整数。本发明提供的聚合物电解质的离子电导率大大提高。含有聚合物电解质的锂离子电池，电池的安全性能和实用寿命大大提高。

技术领域

本申请涉及固态电池领域，具体涉及一种固态电解质的聚合物基材、聚合物固态电解质以及电池。

背景技术

自1973年Wright等首次报道了聚氧化乙烯（PEO）-碱金属盐复合物离子导电的研究，PEO被广泛应用于固态电解质的研究中。PEO原料丰富，化学稳定，但是由于其结晶度高、机械性能差，导致PEO基体的固态电解质在使用中存在室温离子电导率低、力学强度差等问题，这将影响固态电池最终的使用性能等。

发明内容

本申请的发明人在研究中发现，如果采用申请号为CN201410683144.1的专利文件1公开的一种全固态聚合物电解质，在聚合物基材聚环氧乙烷中通过物理共混的方式加入纳米粒子和离子液体来改性，固态聚合物电解质的电导率提高到10^-5 S/cm，但是在使用过程中发现，聚合物基材和无机纳米粒子之间是通过简单的物理共混的方式结合在一起，但是聚合物基材属于有机相，纳米粒子属于无机相，二者之间始终存在界面问题，分散性不好，固态电解质膜不均匀。

本申请的发明人又继续研究了与专利文件1比较类似的方案：采用申请号为CN201710523750.0的专利文件2公开的一种纳米粒子改性的交联聚合物和聚合物电解质，事先通过硅烷偶联剂修饰无机纳米粒子使无机纳米粒子含有能与聚合物基材发生反应的官能团，因而，无机纳米粒子通过化学键合的方式接枝到聚合物基材中，提高了固态电解质的柔韧性、粒子电导率以及降低了PEO的结晶度，但是该种方案在使用的过程中仍然存在分散性不稳定的问题，本申请的发明人猜测，可能存在如下原因：在专利文件2中：纳米粒子修饰后含有可发生聚合的双键，在含双键的纳米粒子与含双键的单体发生聚合在生成聚合物基材的过程中，由于反应的随机性，无机纳米粒子接枝在聚合物基材主链中的位置是随机的，无机纳米粒子仍然裸露在聚合物基材表面，整个体系中，无机纳米粒子之间相互碰撞的几率较大，无机纳米粒子与无机纳米粒子之间由于性质相同，在相互接触的过程中也容易发生团聚，因而也会产生一定的界面问题。另外，残留的无机纳米粒子上的双键在电化学体系中会参与反应，因而会影响电池的容量，循环性能以及昆仑效率等电化学性能。

基于以上发现的问题本申请通过以下方案提供了一种在机械性能不降低的前提下，离子电导率高的聚合物固态电解质。

本申请的第一个方面，提供了一种固态电解质的聚合物基材，所述聚合物基材为星型结构，所述星型结构具有中心核和与所述中心核键合的臂部，所述中心核含有无机纳米粒子，所述臂部由式（1）所示的化合物聚合得到，

（1）

式（1）中，A含有基团-C=C-或-C≡C-，R₁选自取代或未取代的C1-C10的烷基、H中的一种，n大于零且为整数。

在一些实施例中，所述式（1）所示的化合物具有式（2）表示的结构，

（2）

式（2）中，R2表示-(C=O)O-或-O-，R₃-R₅各自独立的选自取代或未取代的C1-C10的烷基、氢原子中的一种。

在一些实施例中，R₁、R₃-R₅各自独立的选自H、取代或未取代的C1-C6的烷基中的一种。