[发明专利]含磺酸锂离子共聚物及其制备方法

说明书

一种含磺酸锂离子共聚物及其制备方法，所述含磺酸锂离子共聚物包括了x摩尔份偏氟乙烯单体组成的聚偏氟乙烯结构单元(A)、y摩尔份丙烯酸酯单体组成的丙烯酸酯结构单元(B)和z摩尔份全氟乙烯基醚磺酸锂单体组成的全氟乙烯基醚磺酸锂结构单元(C)三种化合物结构单元组成的共聚物；本发明保留了聚偏氟乙烯的优势结构，保证了共聚物具有足够的机械强度和热稳定，并通过引入锂离子高效传输结构单元、极性基团和大量超稳定结构单元，克服了现有PVDF作为聚合物锂离子电池材料所存在的不足，优化了锂离子的传输效率，提高了锂电池的离子电导率，降低了电池在充电过程中的极化，提高了电池的充放电性能，为锂电池的进一步开发应用提供了新的材料和方法。

技术领域

本发明涉及一种锂离子聚合物及其制备方法，尤其涉及一种含磺酸锂离子共聚物及其制备方法，属于锂离子聚合物电池生产制造技术领域。

背景技术

聚合物锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高、自放电小、无记忆效应、安全性能好、可制成任意形状等特点，成为当今最为先进的可充电电池，目前，世界主要科技强国都在进行大力的研究和开发。

锂聚合物电池主要由正极、负极以及隔离纸等构成，目前所开发的锂聚合物电池中，高分子材料主要被应用于正极及电解质上。

高分子材料聚偏氟乙烯(英文简称：PVDF)是偏氟乙烯(英文简称：VDF)的均聚物，是一种热塑性含氟聚合物，其分子链的重复单元为-CH₂-CF₂-基团的交替排列，分子链之间可以形成稳定牢固的结合，这种特殊的分子结构决定PVDF氟树脂兼具含氟树脂和通用树脂的特性，具有良好的化学稳定性和热稳定性，其优异的电化学性能现在已广泛应用于锂电池中用作正极材料、粘结剂、负极材料以及电池隔膜等。

由于锂电池的工作过程可以看作是锂离子在两极之间的“往复运动”，因此，伴随着锂离子的循环嵌入和脱出，作为锂电池使用的聚合物，人们对其材料的电导率、锂离子迁移率和电化学稳定性方面有着更高的要求。

然而，由于聚偏氟乙烯是结晶性聚合物，结晶度在60～80％之间，介电常数和欧姆电阻高，结晶熔融温度在140℃左右，因此，在电池通常的使用温度下，纯粹使用PVDF聚合物作为电池材料，其结晶性单元会阻碍电解液体中离子的传输，从而大大降低了离子的传输效率，严重影响了锂电池的充放电性能。

此外，PVDF分子间较强的作用力使得聚合物内部自由体积较小，从而导致了其内部离子传递通道数量变少；

更为严重的是，PVDF聚合物较小的内部自由体积会减弱电解液的吸附能力，降低锂离子“往复运动”的迁移率。

目前，针对锂电池中PVDF存在的缺陷，现有技术主要通过共混方式引入含磺酸锂组分这样的导电剂来提高材料的离子传输性能，例如：

发明专利申请(申请号：201611173765.0)提供的《单离子凝胶聚合物电解质及其制备方法》；

发明专利申请(申请号：201611145093.2)提供的《一种锂单离子导电固态聚合物电解质》等。

然而，导电剂的加入虽然能有效提高材料的电化学性能，但会降低PVDF与其他材料的相容性，减弱聚合物材料本身的粘结力以及粘结力的持久性，导致电极粘合剂层容易从集电体上部分或全部剥离，负荷特性变差，产生容量劣化等问题。

此外，也有相关技术利用共聚的方式在PVDF结构中引入磺酸锂结构来提高离子传导性能，如：

发明专利申请(申请号：02138204.2)提供的《固态锂离子电池专用电解质膜制作工艺》。

但是，由于上述共聚过程中引入了大量的碳氢键(C-H)，其稳定性没有PVDF结构中的碳氟键(C-F)高，因此，这种方式获得的共聚物其化学稳定性等性能要低于PVDF均聚物相应的指标。