一种可降解固态聚合物电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及固态电池技术领域，公开了一种可降解固态聚合物电解质及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种可降解固态聚合物电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及固态电池
，具体涉及一种可降解固态聚合物电解质及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池大行其道，应用于各种电子产品，如智能手机
、
平板电脑和笔记本电脑等
。
锂离子电池具有能量密度高
、
循环寿命长
、
库伦效率高
、
自放电低
、
无记忆效应
、
工作温度范围宽
、
电压高等优点
。
然而电动汽车等对于能量密度要求较高的动力电池领域以及高端消费电子领域对于能量密度的需求不断增大，传统的锂离子电池能量密度的提升有较大的困难
。
追根溯源，目前商用锂离子电池电解液为溶解有锂盐的有机溶剂构成，传统石墨等负极比容量低涉及的电池能量密度已经达到结构涉及极限；采用锂金属作为负极能提高电池能量密度但是却牺牲了电池的安全性能，因为液态电解液不能抑制锂枝晶的生长
。
[0003]锂金属负极应该伴随固体电解质，在所有的固态电解质材料中，固态聚合物电解质
(SPE)
具有最好的界面浸润性能和成膜性能，并且其具有其他固态电解质不具有的优良的加工性能和低密度的特性，符合目前对电池轻型化，柔性可穿戴的设计需求
。
[0004]聚醚电解质是聚合物电解质中研究最多的，聚醚的介电常数高，溶解的锂盐相对于其他聚合物更高；但是聚醚链段规整性好，极易结晶，而聚合物的离子电导率主要是依赖无定形区的链段运动，晶区的规整链段几乎对离子电导率不做贡献，因此在室温下聚醚电解质的离子电导率很低，尽管高温下离子电导率有所提升但机械强度也大大降低
。
[0005]锂离子电池电解液的主要成分是碳酸酯，通过将碳酸酯聚合后制备的聚碳酸酯固态电解质具有比聚醚电解质更高的电化学窗口和锂离子迁移数，这是因为聚碳酸酯与锂离子的配位作用更弱，因此锂离子在随链段运动过程中更容易解配位
。
具有可生物降解的合成高分子材料，一直是生物材料研究中最前沿的热点，虽然人工合成的聚合物降解速度慢，但允许结构调控实现特定的降解方式
。
聚碳酸酯具有良好的生物相容性
、
生物可降解性和物理机械性能；发生水解的敏感性主要由反应中的碳原子电荷值决定，位阻效应和共轭结构对敏感化学键的水解速率也存在一定的影响
。
碳酸酯的电荷值大于
0.3
，具有更高的水解敏感性，经水解
、
酶解等过程，逐渐降解成小分子化合物，有效避免固体电解质带来的环境问题
。
[0006]本专利技术通过交联结构将聚醚与聚碳酸酯结合制备的固态聚合物电解质能够取长补短，提升聚醚电解质的电化学窗口，并且破坏聚醚链段的长程有序结构，降低结晶度，实现更好的电化学性能；此外，聚碳酸酯的引入还使电解质具有降解性
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种可降解固态聚合物电解质及其制备方法和应用
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种可降解固态聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)
将锂盐
、
聚合物单体
、
交联剂
、
引发剂
、
添加剂和有机溶剂混合，加热搅拌均匀获得前驱体；
[0010](2)
然后向前驱体中引入催化剂，使得前驱体聚合固化获得固态聚合物电解质；
[0011]所述聚合物单体的结构通式为式
(1)、
式
(2)
和式
(3)
中的至少一种，所述交联剂结构通式为式
(4)
和式
(5)
中的至少一种，所述式
(1)、
式
(2)、
式
(3)、
式
(4)
和式
(5)
结构式如下：
[0012][0013][0014]其中，所述
R1、R2、R3、R5、R7和
R9各自独立地选自氢
、
卤素
、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；
[0015]所述
R4和
R6各自独立地选自
‑
CH2(CH2OCH2)
q
CH2OCH3、
取代或未取代的烷基
、
取代或
未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；
[0016]所述
R8选自
‑
O
‑
、
‑
CH2OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)OCH2‑
、
‑
(CH2)
x
‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)(CH2)
y
C(
＝
O)OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)O(CH2)
z
OC(
＝
O)OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)CH2(CH2OCH2)
m
CH2C(
＝
O)OCH2‑
、CH2OC(
＝
O)OCH2(CH2OCH2)
n
CH2OC(
＝
O)OCH2‑
、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；
[0017]其中，经取代时，取代基选自卤素；所述杂原子选自
B、N、O、Si、P、S
中的至少一种；
q
为大于等于0的整数；
x、y、z
均为大于等于1的整数，
m、n
均为大于等于0的整数；所述烷基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述烯基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述炔基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述含杂原子基团中的碳原子个数少于或等于
20。
[0018]进一步地；所述聚合物单体
、
交联剂
、
引发剂
、
催化剂之间的摩尔比为
1∶0.01
～
100∶0.01∶0.01本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可降解固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将锂盐
、
聚合物单体
、
交联剂
、
引发剂
、
添加剂和有机溶剂混合，加热搅拌均匀获得前驱体；
(2)
然后向前驱体中引入催化剂，使得前驱体聚合固化获得固态聚合物电解质；所述聚合物单体的结构通式为式
(1)、
式
(2)
和式
(3)
中的至少一种，所述交联剂结构通式为式
(4)
和式
(5)
中的至少一种，所述式
(1)、
式
(2)、
式
(3)、
式
(4)
和式
(5)
结构式如下：
其中，所述
R1、R2、R3、R5、R7和
R9各自独立地选自氢
、
卤素
、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；所述
R4和
R6各自独立地选自
‑
CH2(CH2OCH2)
q
CH2OCH3、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；所述
R8选自
‑
O
‑
、
‑
CH2OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)OCH2‑
、
‑
(CH2)
x
‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)(CH2)
y
C(
＝
O)OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)O(CH2)
z
OC(
＝
O)OCH2‑
、
‑
CH2OC(
＝
O)CH2(CH2OCH2)
m
CH2C(
＝
O)OCH2‑
、CH2OC(
＝
O)OCH2(CH2OCH2)
n
CH2OC(
＝
O)OCH2‑
、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；其中，经取代时，取代基选自卤素；所述杂原子选自
B、N、O、Si、P、S
中的至少一种；
q
为大于等于0的整数；
x、y、z
均为大于等于1的整数，
m、n
均为大于等于0的整数；所述烷基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述烯基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述炔基中的碳原子个数少于或等于
20
；所述含杂原子基团中的碳原子个数少于或等于
20。2.
根据权利要求1所述的可降解固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述聚合物单体
、
交联剂
、
引发剂
、
催化剂之间的摩尔比为
1∶0.01
～
100∶0.01∶0.01
，所述锂盐质量占固态聚合物电解质总质量的
0.1
～
50.0wt
％，所述添加剂质量占固态聚合物电解质总质量的0～
80.0wt
％，所述有机溶剂质量占固态聚合物电解质总质量的0～
80.0wt
％
。3.
根据权利要求1所述的可降解固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中加热温度为
60℃
，加热时间为
12h。4.
根据权利要求1所述的可降解固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述引发剂的结构通式为式
(6)
和式
(7)
中的至少一种，所述式
(6)
和式
(7)
结构式如下：
其中，所述
R8选自
‑
CH2(CH2OCH2)
q
CH2OCH3、
取代或未取代的烷基
、
取代或未取代的烯基
、
取代或未取代的炔基
、
取代或未取代的含杂原子基团中的一种；所述
R9选自
‑
(CH2)

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆富，王成良，孙靖江，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：