一种聚合物材料及其在电池中的应用制造技术

本申请提供一种聚合物材料及其在电池中的应用。一种聚合物材料，所述聚合物材料的结构至少包括如式1所示的

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物材料及其在电池中的应用


[0001]本申请涉及电池
，特别涉及一种聚合物材料及其在电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、循环寿命长、低的自放电率和无记忆效应等优点，在新能源电动汽车领域具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展，对锂锂离子电池性能的要求也越来越高，随着电池能量密度的不断提高，安全性问题也日益突出。传统LIBs中主要使用的是液体电解质，而液体电解质中含有大量易燃的有机碳酸盐溶剂，这容易导致电解液泄漏、热失控或爆炸等安全问题的发生。聚合物固体电解质具有质轻、柔性、易于加工等优势，能够解决液态电解质带来的安全问题，但聚合物固体电解质也存在室温离子电导率低、界面阻抗大等一系列问题。
[0003]凝胶聚合物电解质(GPEs)是聚合物基体与增塑剂溶胀形成的，不但具有液体电解质高的离子电导率，同时GPEs中的聚合物基体以化学键或物理作用力形成交联结构，起骨架支撑作用，将流动态的溶剂分子固定在聚合物凝胶骨架中，电解质整体呈不流动的半固态，容易加工且不易泄露，提高电池的安全性。因此，能够平衡界面接触和离子电导率的凝胶聚合物电解质(GPEs)近年来受到了广泛关注和大量研究。
[0004]凝胶聚合物所使用的增塑剂基本上是常用的液体电解质，或是有机的碳酸酯类溶剂。如CN108682863A公开的一种锂电池聚合物凝胶电解质，所用的增塑剂为环氧油酸酯和碳酸二甲酯，虽然可以实现优异的离子电导率，但是大量的易燃的碳酸酯类增塑剂存在于聚合物基体中，使得以此构建的锂电池仍然具有燃烧爆炸的潜在危险，因而很难彻底解决高能量密度电池安全性问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种聚合物材料及其在电池中的应用，以解决现有技术中存在的技术缺陷。
[0006]本申请提供一种聚合物材料，所述聚合物材料的结构至少包括如式1所示的
‑
[M1‑
M2]‑
聚合单元：
[0007][0008]其中，M1选自C、N、P、S、Si，M2选自C、O、N、P、S、Si；
[0009]R1‑
R4独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种；R1中至少包含一个N。该N基团的存在有助于提高离子传输性能，改善聚合物材料的离子电导率，从而
提高电池的循环性能，使电池获得更好的电化学性能。
[0010]R5‑
R6独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环、基于链或环形成的聚合单元中的任意一种；在R5和/或R6表示聚合单元的情况下，其包括
‑
[M1‑
M2]‑
聚合单元或与
‑
[M1‑
M2]‑
不同的其他聚合单元；若将聚合物材料结构展开，则单个
‑
[M1‑
M2]‑
聚合单元与单个其他聚合单元之间以嵌段方式排列、以交替方式排列、以周期方式排列、以梯度方式排列或无规则排列。
[0011]R5和/或R6选自含有取代基或不含取代基的链或环的情况下，其表示聚合物材料的端基，端基为基于原料或引发剂反应后的残留形成。
[0012]表示环状结构；A1表示所述环状结构的任意位置处能够被取代基取代；
[0013]m选自0.01
‑
1，比如0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1均可，其表示每1/m个
‑
[M1‑
M2]‑
聚合单元中存在一个与M1或M2相连。m为1时，可省略不写。
[0014]p选自10
‑
10000之间的整数，比如10、20、50、80、100、500、1000、2000、3000、5000、6000、8000、10000均可，其表示式1的结构中共存在p个
‑
[M1‑
M2]‑
聚合单元。
[0015]本申请创新的在聚合物材料中加入包含结构的聚合单元，其中环状结构的存在能够与磷基团完美契合，二者相辅相成，改善聚合物材料的力学性能，并提升电池的安全性能，改善电池离子传输、提高电池循环稳定性、延长电池使用寿命。
[0016]具体地，若R1‑
R6独立地选自链，所述的链为1～15个原子的链，优选为1～10个原子的链，更优选为2～6个原子的链，包括饱和碳链、不饱和碳链、饱和杂链、不饱和杂链；位于链上的原子选自C、S、N、O、P、B或Si。
[0017]若R1‑
R6独立地含有环，所述环为三～十八元环，优选为四～十元环，更优选为五～八元环，比如五元环、六元环等均可。该环包括单环、联环、并环、桥环或螺环，位于环上的原子选自C、P、S、Si、N或O，所述单环包括饱和碳环、不饱和碳环、饱和杂环、不饱和杂环(
‑
C＝O)、芳香碳环、芳香杂环。
[0018]所述的取代基包括：H、卤素原子、＝O、＝S、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、炔基、杂炔基、羟基、羰基、醛基、碳酸酯基、卤代甲酰基、羧基、酯基、过氧基、胺基(伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐)、亚氨基(C＝N)、酰亚胺(C(＝O)NC(＝O))、偶氮基、硝酸酯(RONO2)、磷酸酯基、硫醚基、二硫基、氰基、磺酸基、磺酰基、酰胺基、硝基、吡啶基、酰氧基、苯基、苄基、苄氧基、苯氧基、乙酰基、苯甲酰基、苄氧羰基以及含以上基团的组成的链或环，上述取代基中的任意一个H均可被卤素取代，优选被F取代。
[0019]可选地，所述聚合物材料的结构式如式2所示：
[0020][0021]其中，R7‑
R8独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种，R8中至少包含一个其中
‑
O或＝O可以直接或间接的与P或N相连。
[0022]R9选自H、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种。链、环、取代基种类可参考上述的列举部分，在此不再赘述。P和N之间含有酯基的结构可使电池具备更好的电化学性能，首效高、容量保持率好，并且能够提高对电池升温的抑制能力，进一步提高电池的安全性。
[0023]可选地，R4独立地选自无、由1
‑
10个碳原子组成的饱和碳链或不饱和碳链中的任意一种。
[0024]其中，P原子至少存在一个键与链上的C原子相连，相较于全部P原子的全部键与杂原子或与环直接相连，更能够促进磷基团作用的发挥，更加有助于提高聚合物材料的安全性。
[0025]可选地，R8中的
‑
O或＝O与P直接相连。
[0026]R8中还可以包含一个不饱和键和/或至少包含一个杂原子，所述不饱和键包括双键、三键，所述杂原子包括N、O、P、S、Si、F；
[0027]可选地，R3选自或
‑
OLi。R3优选R4优选无。
[0028]与P直接相连的取代基中含有环结构，能够使电池具有更高的安全性和更好的电化学性能，延长电池的使用寿命。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料的结构至少包括如式1所示的
‑
[M1‑
M2]
‑
聚合单元：其中，M1选自C、N、P、S、Si，M2选自C、O、N、P、S、Si；R1‑
R4独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种，R1中至少包含一个N；R5‑
R6独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环、基于链或环形成的聚合单元中的任意一种，R5和/或R6在表示聚合单元的情况下，选自
‑
[M1‑
M2]
‑
聚合单元或与
‑
[M1‑
M2]
‑
不同的其他聚合单元；表示环状结构；A1表示所述环状结构的任意位置处能够被取代基取代；m选自0.01
‑
1，表示每1/m个
‑
[M1‑
M2]
‑
聚合单元中存在一个与M1或M2相连；p选自10
‑
10000之间的整数，表示
‑
[M1‑
M2]
‑
聚合单元的聚合度。2.如权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料的结构式如式2所示：其中，R7‑
R8独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种，R8中至少包含一个R9选自H、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种。3.如权利要求2所述的聚合物材料，其特征在于，R8中的
‑
O或＝O与P直接相连。4.如权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于，R3选自或
‑
OLi。5.如权利要求4所述的聚合物材料，其特征在于，R4独立地选自无、由1
‑
10个碳原子组成的饱和碳链或不饱和碳链中的任意一种。6.如权利要求1或2所述的聚合物材料，其特征在于，所述表示的环状结构选自单环
或多环，所述单环选自三
‑
十二元的饱和碳环、饱和杂环、不饱和碳环或不饱和杂环，所述多环选自基于所述单环形成的由任意两个所述单环组合而成的并环、桥环、螺环、联环；优选地，所述单环选自五
‑
六元的不饱和碳环或不饱和杂环；更为优选地，所述单环选自五
‑
六元不饱和杂环。7.如权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于，R5或R6选自
‑
[M3‑
M4]
‑
聚合单元，所述
‑
[M3‑
M4]
‑
聚合单元的结构如式2所示：所述聚合物材料的结构选自：其中，M3选自C、N、P、S、Si，M4选自C、O、N、P、S、Si；R
10
‑
R
14
独立地选自无、含有取代基或不含取代基的链或环中的任意一种；n选自5
‑
1000之间的整数，表示
‑
[M3‑
M4]
‑
聚合单元的聚合度；将聚合物材料结构展开的情况下，单个
‑
[M1‑
M2]
‑
聚合单元与单个
‑
[M3‑
M4]
‑
聚合单元之间以嵌段方式排列、以交替方式排列、以周期方式排列、以梯度方式排列或无规则排列。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琪，徐航宇，程勇斌，马海云，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：