[发明专利]一种基于二硫键交换反应的聚合物电解质、其制备和应用

说明书

本发明属于聚合物电解质技术领域，具体地，涉及一种基于二硫键交换反应的聚合物电解质、其制备和应用。该聚合物电解质包括含有二硫键的聚乙二醇丙烯酸酯类交联聚合物和含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂，且所述含有二硫键的聚乙二醇丙烯酸酯类交联聚合物为通过含二硫键的丙烯酸酯类交联剂与聚乙二醇丙烯酸酯类单体反应形成的交联支撑相，所述含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂游离分散在所述交联支撑相中，形成半互穿交联网络结构；使用时，所述交联支撑相与所述添加剂中的二硫键发生可逆交换反应，提升电解质链段的运动能力，并提高该聚合物电解质的电导率。

技术领域

本发明属于聚合物电解质技术领域，具体地，涉及一种基于二硫键交换反应的聚合物电解质、其制备和应用；更具体地，涉及一种基于二硫键交换反应增强电导率的聚合物电解质、其制备和应用。

背景技术

锂离子电池因能量密度大，工作电压高，自放电效应小和无记忆效应等优点，广泛应用于可充电设备和电动交通工具。传统锂离子电池普遍采用液态的有机碳酸酯类化合物作为电解质，存在泄露及燃烧等安全隐患。因此，固态聚合物电解质应运而生，其优异的热稳定性和可加工性有效提升了锂离子电池安全性，日渐成为动力用锂离子电池的理想电解质材料。

交联聚合物电解质是通过具有交联网络结构的聚合物基体与锂盐共混而成，因此热力学稳定性优异。然而，交联聚合物电解质膜仍旧存在韧性不足、易脆裂造成的电池短路及电解质-电极界面相容性差等问题，难以满足锂离子电池的实际应用需求。聚氧化乙烯(PEO)由于高结晶特性，导致电导率较低，室温只有10^-7S cm^-1(ACS SustainableChem.Eng.2021,9,6274-6283)。

向交联聚合物网络中引入动态共价键如二硫键、酰腙键、硼酸酯键、亚胺键等能够降低交联聚合物的交联密度，从而有效解决交联聚合物电解质的韧性不足问题。专利文献CN110994020A公开了一种双功能自愈合聚合物电解质，其在聚合物中引入二硫键，利用聚合物电解质中二硫键的动态交换反应进行自愈合，虽然一定程度上降低了聚合物电解质的交联密度，提高了聚合物电解质的韧性，但是该电解质膜力学强度不够，偏软，容易拉断，而且实验测得其电解质的电导率相对较低(室温电导率约10^-6S cm^-1)，应用于锂离子电池时影响电池的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于二硫键交换反应增强电导率的聚合物电解质、其制备和应用，通过在含有二硫键的聚合物电解质中引入含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂，利用聚合物电解质交联网络结构中的二硫键与添加剂中的二硫键之间的动态交换反应，提升聚合物电解质中链段的运动性，加速EO链段与锂离子的络合与解离过程，从而提高离子电导率，以解决现有技术聚合物电解质电导率有待进一步提高以提升电池电化学性能的问技术题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于二硫键交换反应的聚合物电解质，其包括含有二硫键的聚乙二醇丙烯酸酯类交联聚合物和含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂，且所述含有二硫键的聚乙二醇丙烯酸酯类交联聚合物为通过含二硫键的丙烯酸酯类交联剂与聚乙二醇丙烯酸酯类单体反应形成的交联支撑相，所述含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂游离分散在所述交联支撑相中，形成半互穿交联网络结构；使用时，所述交联支撑相与所述添加剂中的二硫键发生可逆交换反应，提升电解质链段的运动能力，并提高该聚合物电解质的电导率。

本发明制备的聚合物电解质含有动态二硫键，可通过交联网络与添加剂中的二硫键之间的可逆交换反应有效促进链段运动，从而使离子电导率得以提升。

优选方案中，所述含有二硫键的线性聚乙二醇添加剂为由将二硫键化合物与第一聚乙二醇丙烯酸酯类单体于反应溶剂中反应制得；其中，