[发明专利]用于凝胶聚合物电解质的聚合物、凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种用于凝胶聚合物电解质的聚合物、凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、高电压、体积小、重量轻、循环寿命长、无记忆、环境友好等优点，已成为现代通讯类电子产品的主要能源之一。近年来，其在动力电池领域的应用也在迅速发展。

但是，由于使用含易燃有机溶剂的液体电解质，锂离子电池面临着严重的安全性问题，制约着锂离子电池产业的进一步发展。凝胶聚合物电解质（GPE）是解决锂离子安全性问题的一个好办法，其使用聚合物基体将液体有机溶剂转化为凝胶，能有效地避免电池产生气胀漏液、爆炸起火等事故，使得聚合物锂离子电池比传统的液态电解质锂离子电池具有更高的安全性。因此凝胶聚合物电解质可应用在安全性要求较高的电动车、电动工具、军事和航天器等领域。

一般用作凝胶聚合物电解质（GPE）基体的聚合物有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氧化乙烯（PEO）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯腈（PAN）等多种聚合物。但是这些聚合物制备的凝胶聚合物电解质不能同时满足高的离子电导率与良好的机械性能，且电化学窗口不够宽，这些问题制约着GPE的进一步应用。

发明内容

基于此，有必要针对现有的聚合物制备的凝胶聚合物电解质难以同时满足较高的离子电导率与良好的机械性能，且电化学窗口窄的问题，提供一种能够用于制备离子电导率较高、机械强度好、电化学窗口宽的凝胶聚合物电解质膜的聚合物。

进一步，提供一种用于凝胶聚合物电解质的聚合物的制备方法、凝胶聚合物电解质及其制备方法。

一种用于凝胶聚合物电解质的聚合物，所述聚合物的结构式如下：

其中，6000≤n≤7000。

一种用于凝胶聚合物电解质的聚合物的制备方法，包括以下步骤：

在保护气体氛围下，将1～3重量份的乳化剂溶于60～70重量份的去离子水中，加入总重量份为30～35份的甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯酸丁酯单体，加入0.15～0.4重量份的引发剂，升温至58～65℃反应6～10小时，得到聚合物乳液；其中，所述甲基丙烯酸甲酯单体与丙烯酸丁酯单体的重量比为4:1～7:1；

将所述聚合物乳液加入破乳液中搅拌破乳，得到分层的混合物；

取所述分层的混合物的有机相，洗涤、烘干，得到用于凝胶聚合物电解质的聚合物，所述用于凝胶聚合物电解质的聚合物的结构式为：

其中，6000≤n≤7000。

在其中一个实施例中，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵或十二烷基硫酸钾；所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。

在其中一个实施例中，所述破乳液为质量百分浓度为2～4%的Al₂(SO₄)₃的水溶液，所述Al₂(SO₄)₃的水溶液的体积为所述聚合物乳液的体积的1～1.5倍。

在其中一个实施例中，所述引发剂的加入方式为以1～2滴/s的速度将含有引发剂的溶液滴加至所述乳化剂、去离子水、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯酸丁酯单体的混合物中。

在其中一个实施例中，所述取所述分层的混合物的有机相，洗涤、烘干的操作为：

将有机相用35～45℃的去离子水和35～45℃的无水乙醇洗涤多次后，最后用常温去离子水洗涤多次，得到洗涤产物；

将所述洗涤产物在40～50℃下干燥2～3小时后，在55～60℃下干燥12～24小时。

一种凝胶聚合物电解质，包括凝胶聚合物膜及吸附于所述凝胶聚合物膜上的电解液，所述凝胶聚合物膜包括支撑体及吸附于所述支撑体中的用于凝胶聚

合物电解质的聚合物，所述用于凝胶聚合物电解质的聚合物的结构式为

其中，6000≤n≤7000。

在其中一个实施例中，所述凝胶聚合物膜的厚度为40～80μm。

在其中一个实施例中，所述支撑体为聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚丙烯-乙烯-丙烯三层复合隔膜。

一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

提供支撑体，在30～75℃下，将4～10重量份的如权利要求1所述的用于凝胶聚合物电解质的聚合物溶于90～96重量份的溶剂中，搅拌溶解后得到粘稠溶液，将所述粘稠溶液涂布于所述支撑体上；

将涂布后的支撑体浸泡于去离子水中2～3小时，取出晾干，得到凝胶聚合物膜；