[发明专利]一种用于制备聚合物凝胶电解质的化学交联型梯度-嵌段共聚物膜及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体公开了一种化学交联型梯度‑嵌段共聚物凝胶电解质及其制备方法。本发明采用乳液聚合体系，运用可逆加成断裂链转移自由基聚合技术，制备得到化学交联型梯度‑嵌段共聚物膜，并通过将上述化学交联型梯度‑嵌段共聚物膜浸入溶解有电解质盐的溶剂中进而制备得到聚合物凝胶电解质。本发明所采用的大分子三硫代碳酸酯化合物兼具链转移试剂与乳化剂双重功能，既实现了对单体聚合的良好控制，又避免了传统乳化剂的使用，同时其分子链上所包含环己烯基上的双键可在紫外光照下发生硫醇‑烯烃点击化学反应，固化形成交联网络结构。本发明制备得到的聚合物凝胶电解质兼具良好的离子电导率和机械性能，在磷酸铁锂凝胶型电池中，以0.2C的放电倍率循环100圈后仍保持150mAh/g以上的放电比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种用于制备聚合物凝胶电解质的化学交联型梯度-嵌段共聚物膜及其制备方法。

背景技术

聚合物凝胶电解质属于聚合物电解质中的一种，是锂离子电池重要的组成部分之一。一方面，采用聚合物电解质组装的锂离子电池可以解决液体电解质易发生电解液泄露和漏电电流大的问题，提高安全性能，且易于小型化；另一方面，与聚合物全固态电解质相比，聚合物凝胶电解质在室温下的离子电导率较高，可达10^-3S/cm，因此具有广阔的应用前景。

然而，为了达到较高的离子电导率，聚合物凝胶电解质往往需要吸收大量的电解液，基体因此严重软化，机械性能显著降低。相比之下，通过调控分子链结构，形成以非极性和极性单体组成的嵌段共聚物为基体的凝胶电解质，则为上述问题的解决提供新的途径，其中极性嵌段可吸收电解液形成离子导通通道，非极性嵌段则可形成物理交联点，提高机械强度，但由于体系明显相分离导致的边界层效应，并无法形成高度连续的离子导通通道，室温下的离子电导率最高仅为10^-4S/cm。通过在嵌段间引入梯度渐变相界面，则可弱化边界层效应，有助于建立起高度连续的离子导通通道，提高聚合物凝胶电解质的室温离子电导率。同时通过引入后交联官能团，使聚合物在紫外光照下可进一步引发“点击”化学反应形成化学交联网络结构，从而提高机械强度。但目前工业上调控聚合物分子链结构的方法基本均为离子聚合，其反应条件苛刻且可应用的单体范围少，限制了其应用范围。

可控/活性自由基聚合(controlled/living radical polymerization,CLRP)技术的出现为上述问题的解决提供了可能。其中，可逆加成断裂链转移自由基聚合法(reversible addition fragmentation chain transfer radical polymerization,RAFT)适用单体范围广，反应条件温和，聚合过程的可控性好，可以实现聚合物分子链结构的可控调节。将其与乳液聚合技术相结合，则可兼有二者的优点，被认为是实现CLRP工业化的最佳手段。

本专利采用RAFT乳液聚合合成具有可后交联官能团的梯度-嵌段共聚物，并进一步制备得到化学交联型梯度-嵌段共聚物凝胶电解质，通过调节聚合物分子链结构和组成，可得到离子电导率高，机械性能好的产品，具有巨大的应用前景。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高离子电导率、高机械强度的化学交联型梯度-嵌段共聚物凝胶电解质及其制备方法。

(二)技术方案

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

在氩气保护的手套箱内将化学交联型梯度-嵌段共聚物膜浸入溶解有电解质盐的有机溶剂中，浸泡时间4-48小时，之后将溶胀电解液的共聚物膜取出，表面用滤纸擦干，得到化学交联型梯度-嵌段共聚物凝胶电解质。

所述化学交联型梯度-嵌段共聚物膜制备方法如下：