[发明专利]一种聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池电解质技术领域，公开一种聚(1,5‑二氧杂环庚烷‑2‑酮)基的聚合物及制备方法和和应用。该聚(1,5‑二氧杂环庚烷‑2‑酮)基的聚合物的结构如式(1)所示：其中，n＝10～200。该聚合物是在惰性气氛条件下，将1,5‑二氧杂环庚烷‑2‑酮单体和锂盐搅拌得到电解质前驱体；将该电解质前驱体浸润到隔膜中，在40～120℃加热反应原位聚合制得。本发明的聚合物制备工艺简单，室温离子电导率高(10^‑4S cm^‑1)；电化学稳定窗口宽(5V)。能够有效抑制锂枝晶的生长，提高倍率(0.5～10C)循环稳定性，可应用在固态锂离子电池中。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质技术领域，具体地，涉及一种聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

使用无水液态电解液的二次电池一般会产生安全隐患和热量流失，尤其是在大规模电池模块组装时，各种安全隐患会加剧。这些瓶颈问题限制了液态电解质的发展，因此对于高电压高安全性的电池来说，发展固态电解质是目前较为紧迫的课题。在固态电解质中，聚合物固态电解质相对于无机固态聚合物电解质具有良好的柔性性能，容易成型和较小的界面阻抗等优点，使其在高能量密度电池的发展具有较大的潜力。

固态聚合物电解质通常由聚合物基体，可溶解的锂盐作为导体，此类聚合物基体必须具有低的玻璃化转变温度，良好的链段运动能力，高的介电常数并对锂盐具有较好的溶解能力。常用的电解质聚合物基体如聚乙二醇基聚合物、聚硅氧烷和聚碳酸酯类等都可以提供较高的电化学稳定窗口。而锂盐则常使用双三氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂等，这些锂盐的结构都是由一个简单的阴离子中心和路易斯酸组成，其中路易斯酸可以解离为强吸电子的路易斯酸和配体，相应的锂盐通常具有低的熔点和介电常数。

聚合物电解质常温下的电导率很低，与液态的电导率相差2到4个数量级。通常，锂离子通过聚合物电解质中的非晶部分进行传输，聚合物链段具有强极性基团与锂离子进行相互作用，形成配位化合物，进行配位-解离过程，锂离子随着聚合物链段运动而传导。常见的聚合物电解质在常温下结晶度较高，常温下锂盐与聚合物基体形成的配位络合物处于聚合物的结晶区，聚合物链段很难以进行热运动，导致聚合物电解质在常温下的离子电导率较低，限制了其在锂离子电池中的应用。同时，目前大多数聚合物电解质都面临着复杂的制备方法，比如有一些电解质通过非原位的浇铸技术，此技术需要消耗大量的有机溶剂用于锂盐的和聚合物的溶解，成本昂贵；后续的膜制备和溶剂蒸发使这个方法不仅复杂而且污染环境。因此，开发一种新型的全非晶聚合物基体的固态电解质和其简单制备方法，对于锂离子电池的发展应用具有重要意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的聚合物电解质在室温条件下离子电导率低和制备方法复杂的问题，本发明的目的在于提供一种聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物，该聚合物的室温离子电导率为1.15×10^-4S cm^-1～9.56×10^-4S cm^-1，电化学稳定窗口5.01～5.43V。

本发明的另一目的在于提供上述聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物在固态锂离子电池中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物，所述聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物的结构如式(1)所示：

其中，n＝10～200。

所述的聚(1,5-二氧杂环庚烷-2-酮)基的聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括具体步骤如下：