[发明专利]一种聚磷酸基聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚磷酸基聚合物及其制备方法和应用，聚磷酸基聚合物具有式Ⅰ结构。该聚磷酸基聚合物具有良好的柔韧性；聚合物和锂盐或钠盐混合制备的聚合物电解质，具有比较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口，提高电池的工作电压、能量密度和循环寿命。实验结果表明：本发明提供的电解质材料作为离子电池中的电解质膜的电化学稳定窗口在4～5.5V；45℃的电导率在10^‑2～10^‑6S/cm。

技术领域

本发明属于离子电池技术领域，尤其涉及一种聚磷酸基聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、使用温度范围宽、环境友好等优点，是目前最有效的能源存储设备，在传统消费电子、电动工具、电动交通以及储能电站等诸多领域展现出非常广阔的应用前景。而近几年迅速发展起来的钠离子电池也具有原料储量丰富、价格低廉、无过放特性，在大规模储能和低速电动车上具有比较优越的应用前景。

随着人们对高能量密度锂离子电池的需求不断提升，提高锂离子电池和钠离子电池在高电压下的电化学稳定性，成为行业研究的重要课题。电池能量密度的提高伴随着安全性问题的更加突出，基于固态电解质的全固态技术可以从根本上解决采用可燃液态电解质电池的安全性。

全固态锂电池开发有聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等四种重要的技术路线，其中PEO基聚合物路线是目前唯一实现了商业化的技术路线。PEO基聚合物电解质的特点是在高温下离子电导率高，容易成膜，易于加工，与正极复合后可以形成连续的离子导电通道，电阻较小。但PEO的氧化电位在3.8V，钴酸锂、层状氧化物、尖晶石氧化物等高能量密度正极难以与之匹配，最终导致的电池性能急剧衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚磷酸基聚合物电解质及其制备方法和应用，该聚合物电解质不仅具有比较高的离子电导率，还能够提高电池的工作电压。

本发明提供了一种聚磷酸基聚合物，具有式Ⅰ结构：

式Ⅰ中，所述R为-O[CH₂CH₂O]_x-，1≤x≤2000；

R′为-O[CH₂CH₂O]_yCH₃，1≤y≤1000；

0≤a≤100；0≤b≤100；1≤c≤100；1≤d≤100；1≤e≤100。

本发明提供了一种上述技术方案所述聚磷酸基聚合物的制备方法，包括以下步骤：

将含磷物质、H-O[CH₂CH₂O]_x-H和H-O[CH₂CH₂O]_yCH₃混合，反应，逐渐升温，直至无馏分或副产物流出，提纯，得到聚磷酸基聚合物；

1≤x≤2000；1≤y≤1000。

优选地，所述含磷物质选自磷酸、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、多聚磷酸、五氧化二磷、三氯氧磷和焦磷酸中的一种或多种。

优选地，所述含磷物质和H-O[CH₂CH₂O]_x-H混合后反应的温度为-20℃～200℃，时间为0～15小时；

再加入H-O[CH₂CH₂O]_yCH₃后反应的温度为-20℃～200℃，时间为0～15小时。