[发明专利]一种基于动态化学键的自修复聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用

说明书

本发明涉及聚合物电解质，具体的说是一种基于动态化学键的自修复聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。包括锂盐、含有动态化学键的聚合物和催化剂。该自修复聚合物电解质一方面具有快速高效自修复的功能，能够承受电池在大电流充放电过程中的体积形变，修复电解质与电极之间的界面，提高电池的使用寿命。另一方面，相比于基于氢键的自修复聚合物电解质，这种电解质具有更高的电化学窗口，可以在高电压锂电池中使用，有效提升锂电池的能量密度。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体的涉及一种基于动态化学键的自修复聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。

背景技术

近年来随着新能源电动汽车的快速发展，人们对二次锂电池的能量密度和安全性能的要求越来越高。目前，商用二次锂电池电解质主要是由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和六氟磷酸锂混合而成。但是，在高电流密度的充放电条件下，易燃的碳酸酯溶剂和易分解的六氟磷酸锂给锂电池带来了严重的安全隐患。而相对于商用碳酸酯电解质，固态电解质具有更高的安全性能。但是无机固态电解质与电池电极之间接触不充分，甚至会造成空间电荷层的形成，使锂电池的具有较大的内阻和差的循环性能。具有自修复功能的聚合物电解质与电极间的接触良好，甚至可以承受电池在大电流充放电过程中的形变，是一种具有良好发展前景的聚合物电解质类型。目前，CN110437456A公开了一种基于2-脲基-4-嘧啶酮基团多重氢键的自修复聚合物电解质材料，从实验结果上可以看到，自修复聚合物电解质具有良好的机械强度和热力学性能。但是，受氢键数量限制，电解质在60℃下加热两小时方可完成自修复。CN109728342A公开了一种基于氢键的自修复电解质，该电解质可弯折，具有柔性，能够抑制锂枝晶的生长，提高电池的使用寿命。但是，由于该聚合物中可导锂离子的极性基团数量太少，使电解质只有在添加电解液的情况下才能保持较高的离子电导率。然而电解液的加入又会给电池带来类似液态电解液的安全隐患。CN109659605A公开了一种基于Diels-Alder反应的聚合物电解质，但是由于Diels-Alder反应引入的呋喃和马来酰亚胺基团的氧化分解电位过低，使得该聚合物电解质只能应用于磷酸铁锂等充电平台较低的电池体系中，限制了电池能量密度的提升。此外，氢键的引入也会导致聚合物电解质的的氧化稳定性下降，限制了锂电池能量密度的发挥。目前尚未有任何关于高电压窗口自修复聚合物电解质的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态化学键的自修复聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种基于动态化学键的自修复聚合物电解质，该自修复聚合物电解质包括锂盐、含有动态化学键的聚合物和催化剂。

所述自修复聚合物电解质还包括增塑剂和/或添加剂。

所述含有动态化学键的聚合物具有通式1或通式2的链结构。

 通式1

R₁为六亚甲基、、、、、、、中的一种；

R₂为碳酸酯、酯基、醚键、磷酸酯、砜基、氟醚、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、烃基硅油、聚硅氧烷、聚己内酯、聚戊内酯、聚乙交酯、聚丙交酯中的一种或几种；

n的数值为1~1000；

 通式2

R₁为六亚甲基、、、、、、、中的一种；

R₂为CH₂、C₂H₄、C₃H₆、C₄H₈、C₅H₁₀、碳酸酯、酯基、醚键、磷酸酯、砜基、氟醚、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、烃基硅油、聚硅氧烷、聚己内酯、聚戊内酯、聚乙交酯、聚丙交酯中的一种或几种；