[发明专利]新型单离子聚合物电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型单离子聚合物电解质及其制备方法与应用。本发明使用辐射接枝的方法将两种功能单体同步接枝在粉末基材上。其中一种单体为含氟单体。接枝上的另一种单体为含有锂盐离子对的单体。选取粉末型基材，用预辐射接枝的方法，在不需要添加引发剂或者催化剂的情况下，调整单体比例，就能方便的得到接枝均匀且纯净的双单体接枝膜。接枝膜应用在锂离子电池中，不需要额外添加锂盐，仅需要少量增塑剂，具有突出的电化学性能。同时接枝膜具有良好热稳定性、尺寸稳定性和机械性能等优点。本发明方法新颖有效，并且简单、成本低、操作性强，十分适用于商业生产。

技术领域

本发明涉及新型单离子聚合物电解质，具体是涉及一种新型单离子聚合物电解质的制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高，工作温度范围宽，循环寿命长等优点在储能领域已取得了巨大的成功.然而,商用锂离子电池含有高挥发性易燃有机电解液,使用存在严重的安全隐患。聚合物电解质具有解决相应安全性问题的潜力,有望成为下一代具有高安全性的电解质材料。使用聚合物电解质它既可作为电池电解液，又承担了传统电池内隔膜的工作。解决安全隐患的同时，还方便了商业生产，电池生产更容易设计和加工。现有技术，聚合物电解质的制备通过向基体材料投入锂盐，经过简单的共混后物理、化学交联来得到。同时也可以在聚合物中加入无机分子达到破化基底结晶度和促进锂盐解离目的。例如：中国专利CN106992311A和CN107195963A都是采用溶有锂盐的增塑剂与基底合物混合制备聚合物电解质。中国专利CN201611051705.1将所述聚合物基体、锂盐、和纳米粒子球磨混合制备复合聚合物电解质。这种将基材、锂盐和无机颗粒简单共混方法制备技术，容易在电池使用中发生相分离方法，十分不利于电池长时间或受热条件下的电化学性能。因此，寻找更加有效的制备聚合物电解质的方法刻不容缓。

传统聚合物电解质都是阴阳离子同时导电的双离子型电解质,锂离子迁移数比较低,仅在0.2一0.5之间,有的甚至小于0.1,这大大限制了聚合物电解质的应用。因为大多数的电化学装置都涉及到直流极化问题,在充放电过程中,阴离子会集结在电极/电解质界面,发生浓差极化现象,产生与外加电场反向的极化电压,其结果是阻碍离子的迁移,消减电池充放电流的稳定性,降低了电池的能量效率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中的不足，引用新的方法，更简单有效的制备一种新型的单离子聚合物电解质。

本发明的另一目的在于提供新型单离子聚合物电解质的制备方法和在组装电池中的应用。

本发明的技术方案如下：

新型单离子聚合物电解质，其运用辐射接枝的方法将两种功能单体接枝在高分子基材上；所述两种单体的摩尔比为1：(0.1～10)；其中，

所述含氟单体化学结构如下：

其中R₁、R₂为氢原子或碳原子数小于4的烷烃；X₁为碳原子数0～12的烃基或氧化烃基；A为含氟的含氟官能团。

所述含有锂盐离子对的单体化学结构如下：

其中R₃、R₄为氢原子或碳原子数小于4的烷烃；X₂为碳原子数0～12的烃基或氧化烃基；B为包含阴离子的阴离子官能团，其中包含的阴离子有磺酸根、羧酸根、酰亚胺根、磺酰亚胺根中任意一种；M可以为H、碱金属、碱土类金属中任意一种。

作为优选，本发明所述新型单离子聚合物电解质化学结构如下：