[发明专利]一种聚碳酸酯基嵌段聚合物电解质制备及应用

说明书

一种聚碳酸酯基嵌段聚合物电解质制备及应用，涉及锂离子电解质的领域。具体为碳酸乙烯亚乙酯、C＝C双键化合物、导电锂盐、多孔支撑材料、有机溶剂和引发剂制备嵌段聚合物电解质。该聚合物电解质的制备工艺简单、易控，具有优异的力学性能；厚度为10‑500μm；离子电导率2×10^‑4S cm^‑1～5×10^‑3S cm^‑1(25℃)，电化学窗口＞5V(vs.Li⁺/Li。

技术领域

本发明涉及锂离子电解质的领域，特别是一种聚碳酸酯基嵌段聚合物电解质制备及应用。

背景技术

近年来，实现了零碳排放计划，商业锂离子电池体系在电动车和移动电子设备上的应用越来越广泛。目前商用锂离子电池采用常规有机液体电解液(六氟磷酸锂+碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯)，由于有机电解液高化学活性、挥发性、易燃等缺陷，导致电池存在污染、腐蚀和爆炸等一系列安全隐患。此外，液体锂离子电池如果采用金属锂作负极，在工作过程中伴随锂离子的嵌入和脱出，在金属电极表面生成锂枝晶。锂枝晶除了造成死锂区的出现，降低电池的循环性能；还会刺穿隔膜，造成电池短路，使电池停止工作，甚至引发安全事故，严重限制了高能量密度锂金属电池的发展和应用。固态电解质能有效抑制锂枝晶的生成，对高能量密度锂金属电池的发展具有划时代的意义。相对于无机固态电解质存在的界面相容性差等问题，聚合物电解质具有与锂金属相容性好、热稳定性高、制备工艺简单、柔韧性好和形状尺寸可调等优点。

Wright发现聚氧化乙烯(PEO)与电解质盐的混合物具有离子导电性后，促使聚合电解质的研究进入一个崭新时代。聚合物基电解质质量轻、化学稳定性好、易成膜、机械加工性能好、形状多样化、与电极能较好地润湿。但聚合物电解质存在离子电导率低、电化学窗口窄、力学性能和热稳定性差等缺陷。专利号CN105591154A提出了一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，该电解质包括聚碳酸酯类高分子、锂盐及多孔支撑材料，室温下离子电导率＞10^-5S cm^-1，力学性能差，电化学窗口仅为4.7V(vs.Li⁺/Li)，不能用于高电压正极材料体系。专利号CN 105680094 A公开了一种钠电池用聚丙烯酸酯基聚合物电解质及其构成的聚合物钠电池，该电解质离子电导率为1×10^-4S cm^-1～8×10^-3S cm^-1，电化学窗口宽，与电极材料的界面相容性差。专利号CN 104684949 A提供了一种侧链具有聚氧化乙烯结构单元的多嵌段共聚物以及一种包含该多嵌段共聚物的聚合物电解质，该嵌段聚合物电解质虽然有较高的离子电导率，力学性能差，不易成膜，组装工艺难度大。专利号CN 109802174 A公开了一种聚碳酸酯基聚合物电解质，室温离子电导率＞10^-3S cm^-1，电化学窗口4.7V，不能应用于LiNi_0.5Mn_1.5O₄等高电压正极材料。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明开发了一种聚碳酸酯基嵌段聚合物电解质制备及应用。采用碳酸乙烯亚乙酯、C＝C双键化合物、导电锂盐、有机溶剂和引发剂制备嵌段聚合物电解质。该聚合物电解质的制备工艺简单、易控，具有优异的力学性能；厚度为10-500μm；离子电导率2×10^-4S cm^-1～5×10^-3S cm^-1(25℃)，电化学窗口＞5V(vs.Li⁺/Li)，对于高电压正极材料的应用具有极大的创新性和实用性；能有效抑制锂枝晶的生长，与电极材料具有良好的界面相容性，提高电池的倍率性能和长循环性能；聚合物电解质具有良好的柔性，适用于可穿戴电子设备的柔性锂离子电池器件；固态锂离子电池工作温度范围-25～100℃。

本发明的技术方案为：