交替共聚物及其制法与应用、含该共聚物的电解质、正负极、全固态电芯及制法、及电池包制造技术

本发明专利技术提供了一种如下式C所示的交替共聚物：此外，本发明专利技术还提供了上述交替共聚物的制法与应用、含该共聚物的电解质、正负极、全固态电芯及制法、及电池包。及电池包。及电池包。

【技术实现步骤摘要】
交替共聚物及其制法与应用、含该共聚物的电解质、正负极、全固态电芯及制法、及电池包


[0001]本专利技术属于固态电芯材料领域，具体涉及一种交替共聚物及其制法与应用、含该共聚物的电解质、正负极、全固态电芯及制法、及电池包。

技术介绍

[0002]全固态电芯中的核心部分为固态电解质，固态电解质根据其组成成分可分为无机固态电解质和聚合物电解质两类。聚合物电解质的概念始于1973年，Fenton等人报道碱金属盐可以溶于聚氧化乙烯(PEO)中以形成导电配合物。时至今日，由于具有易燃性低和易于加工等特性，并与液体电解质相比具有更宽的适用温度范围，对振动、冲击和机械变形具有更大的容忍度，加之存在无机固态电解质无法比拟的界面相容性等优点，聚合物电解质已成为替代液态电解液的最具有潜力的材料之一。
[0003]一种理想的聚合物电解质应满足离子电导率接近液体电解质的电导率(室温下为10
‑4～10
‑3S cm
‑1)，以及耐热性佳的要求。然而大多数聚合物电解质在室温下的离子电导率多在10
‑8～10
‑5S cm
‑1范围内。例如，PEO虽然可以作为很好的锂离子导体应用于二次锂离子电池的制备，但其在65℃以下主要表现为结晶相，而只有非结晶区才有利于活性连段的锂迁移，因此使用PEO作为溶质的固态聚合物电解质在室温时表现出的离子电导率同样落在上述10
‑8～10
‑5S cm
‑1的范围内，这无疑大大限制了PEO在聚合物电解质中的应用，进而影响其在全固态电芯中的应用。
[0004]在相关研究中，为了提高基于PEO制成的固态聚合物电解质在室温下的离子电导率，人们多采用的是聚合物结构改性，优化锂盐的结构和加入比例，引入有机增塑剂或无机填料等方式。除此之外，人们还投入了大量精力来开发其他固态聚合物电解质。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种交替共聚物及其制法与应用、含该共聚物的电解质、正负极、全固态电芯及其制法、及电池包。
[0006]专利技术人经过长期而深入的研究，发现采用如下述式A所示的结构单位与如下述式B所示的结构单位，通过聚合反应能够得到如下述式C所示的交替共聚物:
[0007][0008]其中，0≤i≤500，0≤j≤10，0≤k≤10，式C共聚物的分子量在104～5
×
106之间，式中Y为碱金属离子(如Li
+
、Na
+
、K
+
、Rb
+
、Cs
+
)或碱土金属离子(如Be
2+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Sr
2+
、Ba
2+
)或如下所示结构式中的任意一种或多种：
[0009][0010]式中R1、R2、R3和R4表示碳原子数为1～10的烷基或氢原子。
[0011]所述式B所示化合物具有选自如下式I所示化合物(j＝0，k＝0时)或式II所示化合物(j≥1，k≥1时)或式III所示化合物(j≥1且k＝0或j＝0且k≥1时)中的任意一种结构：
[0012][0013]所述式I所示化合物通过反应流程2获得：
[0014][0015]即，用式1所示化合物和式2所示化合物与三乙胺反应得到式3所示化合物，将式3所示化合物与碳酸钾反应得到式4所示化合物，将式4所示化合物与满足通式为YCl的化合物反应得到式I所示化合物。
[0016]可选地，式1化合物和式2所示化合物可以通过如下反应流程1获得：
[0017][0018]式II所示化合物式II所示化合物通过以下反应流程4获得：
[0019][0020]即，用式8所示化合物和式9所示化合物与三乙胺反应得到式10所示化合物，将式10所示化合物与碳酸钾反应得到式11所示化合物，将式11所示化合物与满足通式为YCl的化合物反应得到式II所示化合物。
[0021]式8所示化合物和式9所示化合物式9所示化合物通过下述反应流程3获得：
[0022][0023]即，将满足通式为Cl(CF2)
n
I(n≥1)的直链卤代烃与二甲基二硫醚反应得到式5所示化合物，将式5所示化合物与酸性高锰酸钾水溶液反应并经碳酸钠水溶液水洗后得到式6所示化合物，将式6所示化合物与格氏试剂4
‑
乙烯基苯氯化镁反应得到式7所示化合物，将式7所示化合物与二氯亚砜反应后得到式8所示化合物。
[0024]式III所示化合物通过以下反应流程5获得：
[0025][0026]即，式8所示化合物与式2所示化合物与三乙胺反应得到式12所示化合物，式12所示化合物与碳酸钾反应得到式13所示化合物，式13所示化合物与满足通式YCl的化合物反应得到式III所示化合物。
[0027]本专利技术还提供一种交替共聚物的制法，包括以下步骤：式A所示化合物与式B所示化合物在室温下聚合得到式C所示共聚物；例如，将式A所示化合物与式B所示化合物溶于溶剂(如四氢呋喃)中，在室温无氧环境下，在光催化(如365nm波长紫外光照射下)条件下聚合2～10小时(例如，2小时，3小时，4小时，5小时，6小时，7小时，8小时，9小时，10小时)，纯化后
得到式C所示共聚物，或在无催化剂反应下直接室温反应24小时，得到式C共聚物。
[0028]优选地，式A所示化合物与式B所示化合物按摩尔比1.05:1～0.95:1投料并混合，例如，式A所示化合物与式B所示化合物按摩尔比1.05:1投料，或式A所示化合物与式B所示化合物按摩尔比0.95:1投料。
[0029]承上述，专利技术人发现，式C所示的共聚物与锂盐能组成具有高离子电导率的聚合物固态电解质，并应用于全固态电芯正负极的制作。因此，本专利技术还提供一种共聚物电解质，包括锂盐和上述的交替共聚物，所述锂盐含量为0.1～99wt％(例如0.1wt％、99wt％)，所述交替共聚物含量为1～99.9wt％(例如1wt％、99.9wt％)。
[0030]可选地，所述锂盐选自以下至少一种：LiClO4、LiAsF6、LiTFSI、LiFSI、LiBOB、LiDFOB，以及如下所示结构式中的锂盐：
[0031]LiP(R
f1
R
f2
R
f3
R
f4
R
f5
R
f6
)LiB(R
f1
R
f2
R
f3
R
f4
)、LiN(SO2R
f1
)(SO2R
f2
)LiC(SO2R
f1
)(SO2R
f2
)(SO2R
f3
)
[0032]，
[0033]其中，R
f1
、R
f2
、R
f3
、R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交替共聚物，其特征在于，具有如下式C所示的结构，下式C所示的结构由式A和式B表示的结构单位组成：其中，0≤i≤500，0≤j≤10，0≤k≤10，式C所示共聚物的分子量在104～5
×
106之间，Y为碱金属离子或碱土金属离子或如下所示结构式中的任意一种或多种：R1、R2、R3和R4为碳原子数为1～10的烷基或氢原子。2.如权利要求1所述的交替共聚物，其特征在于，式B所示化合物的结构选自如下式I所示化合物(j＝0，k＝0时)、式II所示化合物(j≥1，k≥1时)或式III所示化合物(j≥1且k＝0或j＝0且k≥1时)中的任意一种：
3.如权利要求2所述的交替共聚物，其特征在于，式I所示化合物通过下述反应流程2获得：4.如权利要求2所述的交替共聚物，其特征在于，式II所示化合物通过以下反应流程4获得：
5.如权利要求4所述的交替共聚物，其特征在于，式8所示化合物和式9所示化合物通过下述反应流程3获得：6.如权利要求2所述的交替共聚物，其特征在于，式III所示化合物通过以下反应流程5获得：
7.如权利要求1至6任一项所述的交替共聚物的制法，其特征在于，包括以下步骤：式A所示化合物与式B所示化合物在室温下聚合得到式C所示共聚物。8.一种共聚物电解质，其特征在于，包括锂盐和如权利要求1所述的交替共聚物，所述锂盐含量为0.1～99wt％，所述交替共聚物含量为1～99.9wt％。9.如权利要求8所述的共聚物电解质，其特征在于，所述锂盐选自以下至少一种：LiClO4、LiAsF6、LiTFSI、LiFSI、LiBOB、LiDFOB，以及如下所示结构式中的锂盐：LiP(R
f1
R
f2
R
f3
R
f4
R
f5
R
f6
)LiB(R
f1
R
f2
R
f3
R
f4
)、LiN(SO2R
f1
)(SO2R
f2
)LiC(SO2R
f1
)(SO2R
f2
)(SO2R
f3
)，其中，R
f1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋威，高磊，常毅，顾晓瑜，梅骜，
申请(专利权)人：广汽埃安新能源汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：