[发明专利]一种聚合物电解质、制备方法和在锂离子电池中应用

权利要求书

1.一种聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物电解质包括以下组成部分以及相对于所述聚合物电解质总质量的组成比例：

(1)10-50wt％的磺酸锂化合物组分，所述磺酸锂化合物组分为第一磺酸锂型化合物与硅酸四烷基酯的缩合产物、以及任选的第二磺酸锂型化合物；

硅酸四烷基酯对第一磺酸锂型化合物与第二磺酸锂型化合物之和的摩尔比为1：10-50；

第一磺酸锂型化合物和第二磺酸锂型化合物各自独立地由下式I、式II或式III表示：

在式I中，R为H、甲基、C4-C8烷基或硅酸烷基，优选R为H，条件是对于第一磺酸锂型化合物R＝H，

优选地，n是选自2-8的整数、优选选自4-8的整数、优选4；

在式II中，R₁和R₂全部为H，或者R₁和R₂其中之一为H、另一个为甲基，m为1、2、3或4；

在式III中，R₃为化学键、-O-或R₄为H或甲基；优选R₄为H；

第一磺酸锂型化合物与第二磺酸锂型化合物相同或不同，优选相同；

(2)10-50wt％的聚合物基体，优选的所述聚合物基体为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种；

(3)10-50wt％的锂盐，优选的所述锂盐为LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃和LiN(SO₂CF₂CF₃)₂中的至少一种；以及

(4)任选地，10-20wt％的极性非质子有机溶剂，优选地所述极性非质子有机溶剂为乙腈、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃和二氯甲烷中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，第一磺酸锂型化合物与硅酸四烷基酯按照摩尔比为10-50:1制备缩合产物，其中，相对于所述聚合物电解质的总质量，该缩合产物占比为10-50wt％；优选地，将所述的聚合物电解质涂覆于支撑载体上形成聚合物电解质膜；优选的所述的支撑载体为20-50μm厚度的多孔纤维隔膜；优选的所述多孔纤维隔膜为细菌纤维素膜、PVDF静电纺丝膜和PAN静电纺丝膜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述硅酸四烷基酯的结构式为：

其中，R₅、R₆、R₇和R₈相同或不同，并且各自独立地为C1-C4烷基、优选甲基或乙基、优选乙基。

4.制备如权利要求1-3任一项所述的聚合物电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将二醇、叔丁醇锂溶于极性非质子有机溶剂中，置入氮气氛围保护的常压反应器内，在温度50℃～90℃下加热搅拌1～10h；

(2)向反应器中加入1,3-丙磺酸内酯，继续加热搅拌1～48h反应，反应温度维持50℃～90℃，得到磺酸锂型化合物粗产物；

(3)将所述磺酸锂型化合物粗产物进行纯化洗涤，得到磺酸锂型化合物；

(4)将磺酸锂型化合物、聚合物基体和锂盐在有机溶剂中共混，置入反应器中加热搅拌，再滴加硅酸四烷基酯，控制反应温度50℃～90℃，反应时间12～48h，得到聚合物电解质。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括(5)将所述电解质刮涂于支撑载体上形成凝胶层，将所述凝胶层置入真空烘箱内烘干溶剂，控制温度50℃～90℃，烘干时间为12～48h，得到聚合物电解质膜。