[发明专利]一种自愈合互穿网络聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自愈合互穿网络聚合物电解质，包含锂盐、聚合物Ⅰ、聚合物Ⅱ，所述聚合物Ⅰ由光反应单体聚合而成；所述聚合物Ⅱ为含有硼氧六元环的交联聚合物。本发明在保证聚合物电解质具有良好的自愈合性能的基础上，保持优异的机械性能和电导率；同时解决了传统全固态聚合物电解质与极片间的界面问题。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，更具体地，涉及一种具有自愈合功能的互穿网络聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

电解质是影响锂离子电池性能的重要因素之一。当前，商业化的锂电池仍然以液态电解质为主，但液态电解质存在易燃易爆等安全隐患，给锂离子电池的安全性提出了严峻挑战。固态电解质相对于液态电解质不含有易燃易爆等安全隐患，且具有能量密度高、机械强度高等优点，此外，固态聚合物电解质可以进行合理设计，从而获得功能化的电解质。基于以上优点，聚合物电解质成为未来电解质材料的重要发展方向之一。

聚氧化乙烯基电解质是最为常见的一类聚合物电解质，但其室温离子电导率低、机械性能欠佳，锂电池长时间工作受外部损伤时易产生破裂。因此，研究者发现，具有自愈合功能的聚合物电解质则有望解决这一问题，自愈合聚合物电解质可以抑制破裂的生成，同时逐渐恢复到原始状态，从而有效地避免内部短路引发的的安全隐患。

为提高聚合物电解质的离子电导率，通常采用以下几种方法对聚合物电解质进行改性： (1)形成嵌段共聚物，提高聚合物电导率的同时还可以赋予电解质其他功能；(2)在聚合物基体中加入无机纳米粒子形成复合聚合物电解质；(3)形成交联网络聚合物，可有效抑制聚合物结晶，同时提高锂离子电导率与机械性能。尽管以上几种方法能有效提高聚合物电解质的电导率，然而聚合物基体、特别是含交联网络的聚合物基体具有较脆、易碎的特性，容易在电池装配或者电池长时间循环过程产生裂纹甚至直接破裂，导致正负极间短路，从而引发严重的安全问题。

专利CN109546220A公开了由四重氢键构筑的物理交联网络以及化学交联网络形成的双重网络结构，提高聚合物电解质的机械性能。由于四重氢键单元不具有传导锂离子的能力，该自愈合聚合物电解质的离子电导率会随着四重氢键单元的增加而呈下降趋势，使该专利在提高电解质机械性能的同时降低电导率。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术存在的问题，提供了一种具有自愈合功能的互穿网络聚合物电解质，在保证聚合物电解质具有良好的自愈合性能的基础上，保持优异的机械性能和电导率；同时解决了传统全固态聚合物电解质与极片间的界面问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自愈合互穿网络聚合物电解质，包含锂盐、聚合物Ⅰ、聚合物Ⅱ，所述聚合物Ⅰ由光反应单体聚合而成；所述聚合物Ⅱ为含有硼氧六元环的交联聚合物且化学结构式为：

上述发明是将聚合物Ⅱ，与聚合物I，并掺杂锂盐形成一种互穿网络聚合物电解质，聚合物电解质在出现破损、断裂时，硼氧六元环结构能够自愈合，从而解决聚合物电解质内部短路的安全问题，提升了锂电池的使用安全性；硼氧六元环具有吸附阴离子的效果，提高了聚合物电解质电导率，使聚合物电解质具有良好的自愈合性能的基础上，同时保持优异的机械性能和电导率；同时制备的含有硼氧六元环的交联聚合物具有粘度，解决了传统全固态聚合物电解质与极片间的界面问题。

进一步地，所述锂盐、聚合物I和聚合物Ⅱ的质量比为1～22：100～240：100～240。优选地，所述锂盐、聚合物I和聚合物Ⅱ的质量比为10：170：170。

进一步地，所述聚合物II的制备方法具体包括如下步骤：