一种网状聚合物及其制备方法和一种半互穿网络聚合物电解质及聚合物锂电池技术

本发明专利技术提供了一种网状聚合物及其制备方法和一种半互穿网络聚合物电解质及聚合物锂电池，涉及锂离子电池技术领域。本发明专利技术提供的网状聚合物，具有式1所示结构。本发明专利技术提供了一种半互穿网络聚合物电解质，包括所述网状聚合物、聚氧化乙烯和锂盐。本发明专利技术提供的半互穿网络聚合物电解质室温下电导率高、界面接触稳定，此外，还具有成膜性优良、机械性能好的优点。实施例结果表明，本发明专利技术提供的半互穿网络聚合物电解质室温电导率可达1.242×10

【技术实现步骤摘要】
一种网状聚合物及其制备方法和一种半互穿网络聚合物电解质及聚合物锂电池
本专利技术涉及锂离子电池
，特别涉及一种网状聚合物及其制备方法和一种半互穿网络聚合物电解质及聚合物锂电池。
技术介绍
近年来，随着能源紧缺问题和环境污染问题日益突出，使得新能源行业快速发展，尤其是锂离子电池行业。锂离子电池具有重量轻、体积小、能量密度大、电压高和循环性能好等优点。目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质，易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。聚合物电解质电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点，通常还具有优异的力学性能，可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长，因此可以解决上述液态电解液锂电池的安全性问题。目前，聚合物电解质电池常用的电解质为聚氧化乙烯，但是聚氧化乙烯电解质存在着室温下离子电导率低、界面阻抗大的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种网状聚合物及其制备方法和一种半互穿网络聚合物电解质及聚合物锂电池。以本专利技术提供的网状聚合物组成的半互穿网络聚合物电解质室温下电导率高、界面接触稳定。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种网状聚合物，具有式1所示结构：式1中，n为90～500的整数，R具有式2所示结构：式2中，m为9～120的整数。本专利技术提供以上方案所述网状聚合物的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇二对甲苯磺酸酯、聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯在乙醇盐的有机溶剂中进行聚合反应，得到所述网状聚合物。优选地，所述聚合反应的温度为40～100℃，时间为30～72h。优选地，所述聚乙二醇二对甲苯磺酸酯、聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和乙醇盐的摩尔比为(1～1.5)：(1～2)：1：(30～50)。优选地，所述乙醇盐包括乙醇钠、乙醇钾和乙醇锂中的一种或几种；所述有机溶剂包括苯、甲苯、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。本专利技术提供了一种半互穿网络聚合物电解质，包括以上方案所述网状聚合物或以上方案所述制备方法得到的网状聚合物、聚氧化乙烯和锂盐；所述聚氧化乙烯的分子量为10～200万g/mol；所述锂盐包括LiAsF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiClO4、LiCF3SO3、LiPF6和LiTFSI中的一种或几种；所述网状聚合物、聚氧化乙烯和锂盐的质量比为(40～60)：(20～30)：(20～30)。本专利技术提供了以上方案所述半互穿网络聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：(1)将所述网状聚合物、聚氧化乙烯、锂盐与有机溶剂混合，得到混合物；(2)将所述混合物刮涂到基板上，然后对涂覆有所述混合物的基板进行真空干燥使所述有机溶剂挥发，在所述基板上成膜得到半互穿网络聚合物电解质。优选地，所述步骤(1)中的有机溶剂包括乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。优选地，所述步骤(2)中的基板为聚四氟乙烯板、玻璃板或铝箔；所述真空干燥的温度为60～120℃，时间为8～18h。本专利技术还提供了一种聚合物锂电池，包括正极、负极和位于所述正极与负极之间的电解质，所述电解质为以上方案所述半互穿网络聚合物电解质或以上方案所述制备方法得到的半互穿网络聚合物电解质。本专利技术提供了一种网状聚合物，具有式1所示结构。本专利技术提供的网状聚合物结构杂乱无序，能够有效的减少结晶度，网状聚合物中氧化乙烯链段能有效抑制锂金属枝晶生长。本专利技术提供了所述网状聚合物的制备方法，成本低、原料毒性小，过程简单、条件易控。本专利技术提供了一种半互穿网络聚合物电解质，包括以上方案所述网状聚合物、聚氧化乙烯和锂盐。聚氧化乙烯和网状聚合物相互穿插交联，打乱聚氧化乙烯结构，抑制结晶度，使得形成的半互穿网络聚合物电解质室温下电导率高、界面接触稳定，此外，所述半互穿网络聚合物电解质还具有成膜性优良、机械性能好的优点。实施例结果表明，本专利技术提供的半互穿网络聚合物电解质室温下电导率可达1.242×10-4S/cm，与锂片的接触面的阻抗较小，且随天数的变化较小，界面接触稳定性好。本专利技术提供了所述半互穿网络聚合物电解质的制备方法，操作简便、条件温和、成本低。本专利技术还提供了一种聚合物锂电池，在室温下具有优异的倍率性能。附图说明图1为实施例1得到的网状聚合物和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯的红外光谱图；图2为实施例1制备得到的半互穿网络聚合物电解质的照片，图1中(a)为电解质平铺的照片，图1中(b)为电解质对折的照片；图3为实施例1制备得到的半互穿网络聚合物电解质的SEM图；图4为实施例1制备得到的半互穿网络聚合物电解质的电导率随温度变化图；图5为实施例1组装的扣式电池室温倍率循环测试图；图6为实施例1制备得到的半互穿网络聚合物电解质的Li//Li对称电池随天数变化阻抗图。具体实施方式本专利技术提供了一种网状聚合物，具有式1所示结构：式1中，n为90～500的整数，R具有式2所示结构：式2中，m为9～120的整数。在本专利技术中，所述n优选为100～450的整数，所述m优选为10～110的整数。本专利技术提供的网状聚合物结构杂乱无序，能够有效的减少结晶度，网状聚合物中氧化乙烯链段能有效抑制锂金属枝晶生长。本专利技术提供了以上方案所述网状聚合物的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇二对甲苯磺酸酯、聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯在乙醇盐的有机溶剂中进行聚合反应，得到所述网状聚合物。本专利技术对聚乙二醇二对甲苯磺酸酯的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自行制备均可。当所述聚乙二醇二对甲苯磺酸酯为自行制备时，制备方法优选包括以下步骤：将聚乙二醇和对甲基苯磺酰氯溶于有机溶剂中，在NaOH的作用下进行取代反应，得到聚乙二醇二对甲苯磺酸酯。在本专利技术中，所述聚乙二醇的分子量优选为4000～20000g/mol，所述聚乙二醇、对甲基苯磺酰氯和NaOH的摩尔比优选为1：(1～3)：(3～5)；所述有机溶剂优选包括四氢呋喃、二氯甲烷、乙腈、三氯甲烷和二氧六环中的一种或几种，本专利技术对所述有机溶剂的用量没有特别的要求，能够将聚乙二醇和对甲基苯磺酰氯充分溶解即可；所述取代反应的温度优选为室温，时间优选为10～24h。在本专利技术中，所述聚乙二醇二对甲苯磺酸酯的分子量优选为4100～20500g/mol。本专利技术对所述聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自行制备均可。当所述聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯为自行制备时，制备方法优选包括以下步骤：将聚乙二醇单甲醚和对甲基苯磺酰氯溶于有机溶剂中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网状聚合物，其特征在于，具有式1所示结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种网状聚合物，其特征在于，具有式1所示结构：



式1中，n为90～500的整数，R具有式2所示结构：



式2中，m为9～120的整数。


2.权利要求1所述网状聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚乙二醇二对甲苯磺酸酯、聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯在乙醇盐的有机溶剂中进行聚合反应，得到所述网状聚合物。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为40～100℃，时间为30～72h。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇二对甲苯磺酸酯、聚乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯和乙醇盐的摩尔比为(1～1.5)：(1～2)：1：(30～50)。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇盐包括乙醇钠、乙醇钾和乙醇锂中的一种或几种；所述有机溶剂包括苯、甲苯、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。


6.一种半互穿网络聚合物电解质，其特征在于，包括权利要求1所述网状聚合物或权利要求2～5任意一项所述制备方法得到的网状聚合物、聚氧化乙烯和锂盐；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海明，陈凯，刘军，赵晨，杨英杰，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22