【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物，具体涉及一种硼酸盐型聚合物及其制备方法，以及其作为全固态或凝胶单离子导体聚合物电解质在锂离子电池、钠离子电池、金属锂电池或金属钠电池的隔膜、正极或负极的应用。
技术介绍
1、目前锂离子电池或钠离子电池常用的是有机小分子液态电解液作为电解质，通常会出现锂枝晶/钠枝晶生长、电解液泄露和挥发的问题，因此存在燃烧甚至爆炸等重大安全隐患。而固态电池则是以固态电解质替代液态电解质，应用于新能源汽车领域，能够显著提高其安全性和使用寿命。
2、作为固态电解质的一大类，聚合物电解质主要包括全固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质，具有良好的安全性、柔顺性和优异的界面接触性能。其中全固态聚合物电解质通常是把无机盐(锂盐或钠盐)溶于高分子量的聚合物中，通过聚合物分子的链段运动来实现离子传导，因此室温下离子电导率较低，一般约为10-7至10-6s/cm。凝胶聚合物电解质则是由聚合物、增塑剂(有机溶剂)和无机盐组成，阳离子(锂离子或钠离子)在被有机溶剂溶胀成凝胶的聚合物基体网络结构中传导，且离子电导率随着有机溶剂比例的增加而提高，远高于全固态聚合物电解质的电导率。但当有机溶剂比例高于一定值时，凝胶聚合物电解质的电化学性能提高，但机械性能变差，且不利于电池的安全性能。
3、一般聚合物电解质是双离子导体，即阳离子(锂离子或钠离子)和阴离子在充放电过程中都会发生迁移，但阴离子与电极不发生反应，容易在电极处累积造成浓差极化，使得电池内阻增大，能量效率降低。
4、因此，现在的聚合物电解质仍然存在离子电导率低、热
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种新型硼酸盐型聚合物及其制备与应用，新型硼酸盐型聚合物将无机盐(无机锂盐或无机钠盐)阴离子通过化学键作用固定在聚合物链上，限制了阴离子的移动，作为单离子导体聚合物电解质应用时，仅有阳离子(锂离子或钠离子)发生迁移，能大大提高阳离子迁移数，可有效避免浓差极化带来的影响。本专利技术硼酸盐型单离子导体聚合物电解质包括全固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质，以解决现有聚合物电解质离子电导率低、热力学稳定性差、机械性能差的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种硼酸盐型聚合物，所述硼酸盐型聚合物的结构为：(xy)n，其中，
4、x是烃基或取代烃基、b和o环化构成的带环基团，所述环的单元数≤20；
5、y是由烃基或取代烃基构成的小分子短链段，或由烃基或取代烃基构成的高分子长链段；
6、所述取代烃基包括卤代烃基、含氧烃基、含硫烃基、含磷烃基或含氮烃基；n是≥1的正整数。
7、进一步地，x的结构式如下通式(1)、通式(2)或通式(3)所示：
8、
9、其中，曲线表示半键；r1和r2各自独立地选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硫烃基或者含胺基的烃基，m选自li、na中的一种，w选自o、nr中的一种，其中r是氢原子或烷基，m是≥1的正整数。
10、更进一步地，x包括以下结构(x1)至(x11)中的至少一种：
11、
12、
13、其中，曲线表示半键；m选自li、na中的一种，w选自o、nr中的一种，其中r是氢原子或烷基，m是≥1的正整数；
14、进一步地，所述硼酸盐型聚合物的结构中y是包含烃基、醚键、酰胺基、亚氨基、酯基、羰基基团中至少一种的小分子短链段或高分子长链段，优选地，y包括以下结构(y1)至(y7)中的至少一种：
15、
16、其中，曲线表示半键；r3各自独立地选自烃基、亚氨基、含氧烃基或含氮烃基；r4和r5各自独立地选自烃基或卤代烃基；r6各自独立地选自烃基或取代烃基；x和y均是≥1的正整数。
17、进一步地，所述环的单元数≤12，优选环单元数≤8；
18、和/或：所述烃基具有1-5个碳原子，优选2-4个；
19、和/或：所述卤代烃基具有1-5个碳原子，优选2-4个；
20、和/或：所述含硫烃基具有1-5个碳原子，优选2-4个；
21、和/或：所述含氮烃基具有1-5个碳原子，优选2-4个；
22、和/或：所述含氧烃基具有1-10个氧原子，优选2-5个；
23、和/或：所述含氧烃基选自含-c＝o、-o-、-(c＝o)-或-coo-的烃基。
24、第二方面，本专利技术提供一种上述硼酸盐型聚合物的制备方法，所述硼酸盐型聚合物通过共聚的方式合成，所述共聚的方式包括三种，其中，
25、第一种共聚为：第一含y物质与生成x所需的硼酸和含m无机盐发生脱水缩聚反应，生成含有硼酸盐结构的硼酸盐型聚合物，如式i所示：
26、
27、第二种共聚为：第一含y物质与含x硼酸盐、含m无机盐发生脱水缩聚反应，生成硼酸盐基团连接的硼酸盐型聚合物，如式ii所示：
28、
29、第三种共聚为：第二含y物质与含x硼酸盐发生脱水缩聚反应，生成硼酸酯连接的硼酸盐型聚合物，如式iii所示：
30、
31、其中，r1和r2各自独立地选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硫烃基或者含胺基的烃基，m选自li、na中的一种，w选自o、nr中的一种，其中r是氢原子或烷基，m和n均是≥1的正整数，曲线代表半键；
32、在第一种共聚和第二种共聚中，所述第一含y物质为含y的小分子或聚合物，其结构式如下：
33、其中，n1各自独立地选自羟基或羧基；
34、第一含y物质优选为两端分别具有双羟基、双羧基或一个羟基与一个羧基的含y小分子或含y聚合物；
35、在第三种共聚中，所述第二含y物质为含y的小分子或聚合物，其结构式如下：
36、n2-y-n2，其中，n2各自独立地选自羟基、羧基或胺基；
37、第二含y物质优选为两端分别具有单羟基、单羧基或单胺基的含y小分子或含y聚合物；
38、在第二种共聚和第三种共聚中，所述含x硼酸盐为两端带硼酸根的环状的聚合物硼酸盐，所述含x硼酸盐通过硼酸、含m无机盐以及包含羟基或羧基的有机物合成得到；
39、在第一种共聚、第二种共聚、第三种共聚和所述含x硼酸盐的合成中，所述含m无机盐为无机锂盐或无机钠盐中的一种。
40、进一步地，所述第一含y物质通过所述第二含y物质化学改性得到。
41、进一步地，所述有机物为酒石酸、季戊四醇、二聚甘油、二(三羟甲基丙烷)和乙二胺四乙酸中的至少一种。
42、第三方面，本专利技术提供一种电解质，所述电解质包括上述硼酸盐型聚合物。
43、进一步地，所述电解质为单离子导体聚合物电解质。
44、更进一步地，所述单离子导体聚合物电解质为全固态聚合物电解质或凝胶聚合物电解质，阳离子迁移数＞0.9，阳离子为锂离子或钠离子中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述硼酸盐型聚合物的结构为：(XY)n，其中，
2.如权利要求1所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，X的结构式如下通式(1)、通式(2)或通式(3)所示：
3.如权利要求2所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，X包括以下结构(X1)至(X11)中的至少一种：
4.如权利要求1所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述硼酸盐型聚合物的结构中Y是包含烃基、醚键、酰胺基、亚氨基、酯基、羰基基团中至少一种的小分子短链段或高分子长链段，优选地，Y包括以下结构(Y1)至(Y7)中的至少一种：
5.如权利要求1-4任一所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述环的单元数≤12，优选环单元数≤8；
6.一种如权利要求1-5任一所述硼酸盐型聚合物的制备方法，其特征在于，所述硼酸盐型聚合物通过共聚的方式合成，所述共聚的方式包括三种，其中，
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一含Y物质通过所述第二含Y物质化学改性得到；
8.一种电解质，其特征在于，所述电解质包括如权利要求1-5任一
9.一种隔膜，其特征在于，所述隔膜包括如权利要求1-5任一所述硼酸盐型聚合物或权利要求6-7任一所述制备方法所得的硼酸盐型聚合物；
10.一种电池，其特征在于，所述电池为锂离子电池、钠离子电池、金属锂电池或金属钠电池中的一种，所述电池中包括有如权利要求1-5任一所述硼酸盐型聚合物或权利要求6-7任一所述制备方法所得的硼酸盐型聚合物；
...【技术特征摘要】
1.一种硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述硼酸盐型聚合物的结构为：(xy)n，其中，
2.如权利要求1所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，x的结构式如下通式(1)、通式(2)或通式(3)所示：
3.如权利要求2所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，x包括以下结构(x1)至(x11)中的至少一种：
4.如权利要求1所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述硼酸盐型聚合物的结构中y是包含烃基、醚键、酰胺基、亚氨基、酯基、羰基基团中至少一种的小分子短链段或高分子长链段，优选地，y包括以下结构(y1)至(y7)中的至少一种：
5.如权利要求1-4任一所述的硼酸盐型聚合物，其特征在于，所述环的单元数≤12，优选环单元数≤8；
6.一种如权利要求1-5任一所述硼酸盐型聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：石桥，刘秋明，田时友，
申请(专利权)人：深圳市固易能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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