[发明专利]一种聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚合物电解质及其制备方法和应用，所述的聚合物电解质包括含锂盐的非水溶剂，还包括阳离子接枝改性聚合物；其中，所述的阳离子接枝改性聚合物由聚合物基体、胺类单体、环氧单体经开环聚合反应制得，所述的聚合物基体由醚类单体、交联剂、引发剂经固化反应制得。本发明提供的聚合物电解质具有较高的离子电导率，良好的力学性能，相比于有机电解液，更为环保、安全；同时，在所述的聚合物电解质中引入阳离子，阳离子与多硫离子的电荷相互作用能够抑制电极材料活性硫的溶出以及抑制多硫离子的飞梭效应，显著提高锂硫电池的放电比容量及循环寿命。

技术领域

本发明涉及可充放电二次电池领域，具体涉及一种聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

随着移动通讯，电子仪表及电动工具等便携式电子设备的迅速发展，以及人们节能环保意识的提高，可多次充放电的二次电池得到了广泛应用。其中，出现于20世纪90年代的锂离子二次电池是目前世界上公认的新一代化学电源，已成功商品化并在便携式设备领域中飞速发展。但在电动汽车、航空航天和国防装备等领域，目前商品化锂离子二次电池受限于理论容量，无法进一步显著提高其能量密度，已远不能满足技术发展的需求。因此，需要急切研究开发具有更高能量密度、更长循环寿命、低成本和环境友好等特征的新型化学电源。

以金属锂为负极，单质硫为正极活性物质的锂硫二次电池(简称锂硫电池)中，S8的理论比容量为1675mAh/g，Li/S电池的理论放电电压为2.287V，则理论能量密度为3825Wh/kg，对比二次电池中各种材料的能量密度和相对价格，单质硫是目前能量密度最高的正极材料，与市场上主流的锂离子电池相比，锂硫电池拥有前者2～5倍的理论比容量，而且硫无毒、价廉，锂硫电池还具有对环境友好、安全性高等优势，是理想的新一代电池材料，因而国内外对锂硫电池的重视日渐提高，这也推动锂硫电池的快速发展。

然而，锂硫电池的高容量和可充放电性能来源于S8分子中S-S键的电化学断裂和重新键合，在电池工作过程中，中间产物Li2Sn(4≤n≤8)易溶于有机电解液，在浓度梯度存在的情况下，将在有机电解液中自由扩散，从而产生“飞梭现象”，最终导致锂硫电池库仑效率下降；而最终产物Li2S2/Li2S不溶于有机电解液，将分别在正负极表面沉积，在富锂状态下难以完全被电化学氧化成为Li2Sn(4≤n≤8)，从而造成活性物质失活。因此，锂硫电池很难达到长的循环寿命以及高的充放电效率，这大大限制了锂硫电池的应用。

为了解决上述问题，大部分研究都集中于锂硫电池正极材料的结构研究，以期通过正极的特殊结构减少Li2Sn(4≤n≤8)向电解液的溶解。目前，关于通过聚合物电解质中引入阳离子，通过电荷相互作用抑制Li2Sn(4≤n≤8)溶解迁移行为的研究未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种聚合物电解质及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供了一种聚合物电解质，包括含锂盐的非水溶剂，还包括阳离子接枝改性聚合物；其中，所述的阳离子接枝改性聚合物由聚合物基体、胺类单体、环氧单体经开环聚合反应制得，所述的聚合物基体由醚类单体、交联剂、引发剂经固化反应制得。

优选的，所述的醚类单体、交联剂、引发剂的质量比为100:(10～20):(1～5)。

优选的，所述的胺类单体与聚合物基体端基摩尔比为(0.1～10):1。