[发明专利]一种聚醚/聚丙烯酸酯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醚/聚丙烯酸酯聚合物电解质及其制备方法和应用，所述的聚醚/聚丙烯酸酯聚合物电解质包括含锂盐的非水溶剂，还包括聚合物基体；其中，所述的聚合物基体由聚醚预聚物、聚丙烯酸酯、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，具有聚醚相和非聚醚相，电池工作时，多硫离子溶解在电极附近的聚醚相结构中，而非聚醚相对多硫离子的溶解能力弱，利用非聚醚相对聚醚相相区进行相切割，从而破坏聚醚相在聚合物电解质中的连续性，由于多硫离子只能通过界面附近的聚醚相进行传输，因而多硫离子的传输通道可被非聚醚相切断，从而使锂硫电池的工作循环性能得到极大提高。

技术领域

本发明涉及可充放电二次电池领域，具体涉及一种聚醚/聚丙烯酸酯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Li₂S_n(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Li₂S_n(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Li₂S_n(4≤n≤8)向电解液的溶解。目前，关于通过聚合物电解质相结构的控制来抑制Li₂S_n(4≤n≤8)溶解迁移行的研究未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种聚醚/聚丙烯酸酯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醚/聚丙烯酸酯聚合物电解质，包括含锂盐的非水溶剂，还包括聚合物基体；其中，所述的聚合物基体由聚醚预聚物、聚丙烯酸酯、交联剂、引发剂经固化反应制得。

优选的，聚醚预聚物与聚丙烯酸酯的混合物中，所述的聚醚预聚物的质量分数不低于10％。

进一步优选的，聚醚预聚物与聚丙烯酸酯的混合物中，所述的聚醚预聚物的质量分数为10％～80％。

优选的，聚醚预聚物与聚丙烯酸酯的混合物中，所述的聚丙烯酸酯的质量分数为5％～30％或10％～20％。

优选的，所述的交联剂与聚醚预聚物与聚丙烯酸酯混合物的质量比为0.1～0.2:1。