[发明专利]卟啉复合型聚合物电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含有卟啉及其衍生物的复合型聚合物电解质以及制备方法与应用，尤其涉及卟啉及其衍生物用于聚合物电解质。其中，该复合型电解质由聚合物基体，卟啉及其衍生物和锂盐所构成，可应用到固态锂电池中，作为固态电解质膜使用。本发明的优势表现在，该复合电解质膜成膜性好，卟啉及其衍生物的存在使电解质膜具有良好的机械性能和热稳定性，特别是能够有效提高离子传导性能；该复合电解质制备方法简单高效，易于大规模生产；该复合型电解质膜与负极材料，正极材料所组装的固态锂电池能够表现出优异的电化学性能和电池性能。

技术领域

本发明涉及一种固态复合型聚合物电解质及其制备方法与应用，具体涉及一种卟啉复合型聚合物电解质及其制备方法与应用，属于固态聚合物锂电池技术领域。

背景技术

能源是推动社会进步和科技发展的驱动力，而随着化石能源的不断消耗和全球环境问题的日益严重，寻找或开发出一种清洁可持续的再生能源来代替传统的化石能源显得尤为重要。在众多已开发的新能源器件中，锂电池因其具有循环寿命长、无记忆效应、高能量密度等优点，已被广泛应用于许多领域。目前，商业化的锂电池主要由正极材料，电解质，隔膜和负极材料构成。作为锂电池重要组成部分之一的电解质，在正极和负极之间起着传输离子的作用，对锂电池的整体性能有重要影响。目前商业化的锂电池主要使用的是含有液态有机溶剂的电解液作为电解质，这类液态电解质通常易挥发、泄露且易燃，容易导致锂电池发生短路、过充和热失控，因而存在着潜在的安全隐患。因此，寻找一种更安全可靠的材料来替代传统的液态电解质是解决锂电池安全性和电池能量密度的有效途径。

固态聚合物电解质在锂电池领域受到了人们极大的关注，这主要是因为与液态电解质相比，固态聚合物电解质在安全性能和力学性能上都得到了很大的提高。另外，固态聚合物电解质质轻，形状设计灵活，更符合电子器件轻量化、薄形化的发展方向，具有更广阔的发展前景。线性聚氧化乙烯(PEO)是最早开发也是研究较多的聚合物电解质基体。线性聚氧化乙烯电化学性能稳定并且与锂盐具有良好的相容性，然而其在室温条件下极易结晶，阻碍了载流子的快速迁移，进而导致以线性聚氧化乙烯为基体的固态聚合物电解质在室温下的离子电导率低(10^-7S/cm左右)，难以满足锂电池实用化的需求。与线性聚氧化乙烯相比，其他固态聚合物电解质如聚碳酸酯，聚氨酯，聚酰胺，聚酯等基体与锂盐组成的电解质也存在室温离子电导率较低的问题，这进一步限制了固态锂电池在能源领域的应用和发展。提高聚合物电解质的离子电导率成为固态电解质亟需解决的关键技术难题。

卟啉是一种具有π电子共轭结构的化合物。卟啉分子容易通过分子间的π-π相互作用进行自组装，并且卟啉分子容易与金属离子进行络合，所以卟啉在催化、光电器件等领域应用广泛，但是鲜有将卟啉直接应用于电解质的报道。卟啉及其衍生物用于聚合物电解质，可以利用卟啉分子中的杂环间π-π相互作用构建离子传输通道，解决固态聚合物电解质室温离子电导率低的问题。另外，卟啉及其衍生物与聚合物电解质复合，不仅能够有效地抑制聚合物电解质基体的结晶，有利于离子的传导，而且卟啉分子结构中刚性杂环的存在能够改善聚合物电解质的机械强度，避免无机聚合物复合电解质中由于无机填料含量过高而造成的团聚现象。因此，研发以聚合物、卟啉及其衍生物及锂盐复合的固态聚合物电解质能够为制备优异综合性能的全固态聚合物电解质提供新思路和研究方法，而且拓宽了现有复合型固态电解质的类型，具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

为解决现有全固态聚合物电解质所存在的室温离子电导率低，力学性能较差，电池综合性能难以满足实际应用的问题，本发明的目的在于提供一种卟啉复合型聚合物电解质，其具有良好的成膜性、优异电化学性能和电池循环性能。本发明第二个目的是为卟啉复合型聚合物电解质提供简单经济的制备方法以及提供在锂电池中作为固态聚合物电解质的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种卟啉复合型聚合物电解质，其特征在于，所述卟啉复合型聚合物电解质由卟啉或其衍生物、聚合物基体和锂盐制备所得。

在本发明的技术方案中，其中，所述的卟啉或其衍生物具有如下式所示结构：