[发明专利]一种功能聚合物、锂电池用聚合物电解质及制备方法、聚合物电解质膜、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种功能聚合物、锂电池用聚合物电解质及制备方法、聚合物电解质膜、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的功能聚合物包括结构单元构成的聚合链，在两聚合链之间连接有膜支撑基团，膜支撑基团的两端分别连接在对应的结构单元的1号位或2号位上；聚合链结构单元的1号位或2号位上连接有锂离子传导基团；锂离子传导基团与膜支撑基团分别连接在各自独立的结构单元的1号位或2号位上；锂离子传导基团与膜支撑基团的摩尔比为1：(1～2)；锂离子传导基团的数量为30～300。本发明中膜支撑基团使得功能聚合物具有良好的机械性能。本发明的锂电池用聚合物电解质具有室温电导率高、机械强度强的优点。

技术领域

本发明涉及一种功能聚合物、锂电池用聚合物电解质及制备方法、聚合物电解质膜、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

当前市场上销售的锂离子电池产品主要采用碳酸酯基电解液，与微孔隔膜搭配，从而实现锂离子在正负极间的可逆性运动。但由于电解液本身的特性，使锂离子电池面临两大问题。一方面，液体容易泄露、闪点较低、易燃烧、易挥发、有毒性等问题，是锂离子电池燃烧甚至爆炸等安全问题的主要原因，不仅危及人身安全，还增加了电池企业的投资风险。另一方面，使用液体电解液的同时必须使用价格昂贵的隔膜(凝胶电解质除外)，增加了电池成本。目前，安全可靠性以及成本两方面的问题已经成为进一步拓宽锂离子电池应用领域(例如，电动汽车、储能等领域)的最主要障碍。

采用固体电解质是解决锂离子电池安全问题的一种途径。随着越来越多的研究者投入到固体电解质方面的研究，逐渐显露出其优于传统电解液的特性，如何开发可以商业化的固态电解质成为目前研究锂离子电池的热点之一。固体电解质可以分为无机固态电解质以及聚合物电解质。聚合物电解质因其具备成膜性能好、质量轻、粘弹性和稳定性均较好等优点，作为锂离子电池电解质的研究受到广泛重视。

目前被广泛研究的固体电解质材料为聚氧化乙烯(PEO)，但是能够络合并且传导锂离子的PEO为半结晶聚合物，其熔点为65℃，而室温下更多的PEO链段是处于晶区而无法参与传输锂离子，因此一般高分子量PEO的电导率都低于10^-6S/cm。如何抑制PEO基电解质中高分子链的结晶且保持电解质的机械强度一直是提高其离子电导率的主要研究方向。在众多抑制PEO结晶的研究中，交联和共聚是使用最多的手段。主链交联而侧链为聚乙二醇链的梳状结构是既能满足一定的强度要求，又能有效的传输锂离子的有效方法。前人在这方面也做了很多研究：如专利CN103208651A和CN103421190A中选用的固体电解质基材为梳状硅氧烷基聚合物，但该种固体电解质由于PEO含量低且难以调节，其室温离子电导率都低于10^-4S/cm。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种功能聚合物，以提高使用该功能聚合物的电解质的导电性。

本发明的另一个目的在于提供一种锂电池用聚合物电解质。

本发明的另一个目的在于提供上述锂电池用聚合物电解质的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种聚合物电解质膜。

本发明的另一个目的在于提供一种使用上述聚合物电解质膜的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种功能聚合物，包括由如式1所示的结构单元构成的聚合链，在两聚合链之间连接有膜支撑基团，所述膜支撑基团的两端分别连接在对应的结构单元的1号位或2号位上；聚合链结构单元的1号位或2号位上连接有锂离子传导基团；锂离子传导基团与膜支撑基团分别连接在各自独立的结构单元的1号位或2号位上；所述锂离子传导基团与膜支撑基团的摩尔比为1：(1～2)；所述锂离子传导基团的数量为30～300；

锂离子传导基团具有如式2所示结构，