[发明专利]一种磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质

说明书

本发明公开了一种磺酸功能化聚乙烯亚胺聚合物电解质基体材料及其磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质，通过聚乙烯亚胺和含双键磺酸化合物之间的迈克尔加成反应对聚乙烯亚胺进行功能化改性，并以其为基体制备出磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质或聚合物凝胶电解质，具有较高的离子电导率、热稳定性、锂离子迁移数和电化学窗口，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、锂硫电池或太阳能电池等电化学储能器件。

技术领域：

本发明涉及聚合物电解质技术领域，具体涉及一种磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质。

背景技术：

目前，大多数商用锂离子电池使用的是由有机碳酸盐溶剂和溶解在其中的游离锂盐组成的液态电解质。这些有机液态电解质的易燃性引起了严重的安全问题，在它们用于未来个人电子产品和电动汽车的高能量密度锂离子电池之前必须解决这些问题。因此，人们对安全、耐高压的电解质材料有着很高的期望，以迎接储能设备的新时代。与液态电解质相比，具有足够的力学性能和良好的电化学相容性的聚合物固态电解质(SolidPolymerElectrolytes，SPEs)可以有效地解决上述问题。用聚合物固态电解质替代液态电解质为解决锂离子电池的安全性问题提供了光明的前景，但固态电解质的实际应用受到低离子电导率和高固-固界面电阻的限制。在这种情况下，聚合物凝胶电解质(Gel PolymerElectrolytes，GPEs)集液态电解质和固态电解质的优点于一身，具有可接受的离子电导率，良好的界面接触和与电极的润湿性，能够抑制有机溶剂泄漏等优点，受到了广泛的关注。

关于聚合物电解质材料的应用，如锂基电池等，大量的科学文献集中在聚醚基材料的研究，尤其是典型的聚氧化乙烯(又称聚环氧乙烷，Polyethylene oxide，PEO)。除此之外，近年来已经发现了大量的替代聚合物，包括聚碳酸酯，聚酯，聚腈，多元醇和多胺等。它们与聚醚的性质有根本的不同，因此可能能够解决限制聚合物电解质不能充分发挥其潜力的关键问题，例如在离子电导率、化学或电化学稳定性和温度敏感性方面。

聚乙烯亚胺(Polyethylene imine，PEI)是一种结构与聚氧化乙烯高度相似的聚合物，聚氧化乙烯中的氧(O)被氮(NH)取代，在聚乙烯亚胺中锂离子与氮(NH)的配位，类似于在聚氧化乙烯中锂离子与氧(O)的配位，而且聚乙烯亚胺中的NH基团还具有供氢键能力，可以通过氢键与阴离子相互作用，这使得聚乙烯亚胺成为一个非常有潜力的聚合物电解质基体材料。然而，纯聚乙烯亚胺基聚合物固态电解质的室温离子电导率偏低(约10-7S·cm-1)，还不能进行实际的应用，因此，对聚乙烯亚胺进行功能化接枝改性，制备出一种电化学性能更优的新型聚合物电解质基体材料，对开发下一代安全、高效的锂离子电池体系有着重大意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种磺酸功能化聚乙烯亚胺及磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质，通过聚乙烯亚胺和含双键磺酸化合物之间的迈克尔加成反应对聚乙烯亚胺进行功能化改性得到磺酸功能化聚乙烯亚胺，并以其为基体制备出磺酸功能化聚乙烯亚胺类聚合物固态电解质或聚合物凝胶电解质，具有较高的离子电导率、热稳定性、锂离子迁移数和电化学窗口，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、锂硫电池或太阳能电池等电化学储能器件。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

磺酸功能化聚乙烯亚胺聚合物电解质基体材料，通过聚乙烯亚胺和含双键磺酸化合物之间的迈克尔加成反应对聚乙烯亚胺进行功能化改性得到的功能高分子；所述含双键磺酸化合物选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸锂(AMPS-Li)中的一种以上；所述聚乙烯亚胺的重复单元与含双键磺酸化合物的摩尔比为1:0.01～1:11；所述聚乙烯亚胺的数均分子量Mn为5000～100000。