[发明专利]聚合物电解质、聚合物电解质膜的制备方法及锂离子电池

说明书

本申请涉及聚合物电解质、聚合物电解质膜的制备方法及锂离子电池，所述聚合物电解质具有嵌段式聚合物链，该聚合物链含有提高聚合物电解质离子电导率的双离子导体基团，能够与锂盐、电解液添加剂形成协同效应，从而提高电解质的离子电导率；该聚合物链含有共轭结构及分子间氢键，能保证聚合物凝胶电解质的力学强度，通过主链上的酯链、聚氨酯链、硅烷基团和吡啶环，以及侧链上的离子基团，提高分子链柔性，使得聚合物薄膜具有极佳的柔韧性，进而提高聚合物电解质的机械性能和电化学稳定窗口；再者，该聚合物电解质含有硅烷基团、烷基链，能够与电解液中的塑化剂相互吸附，提高电解液吸附能力。

技术领域

本申请涉及固态电解质技术领域，具体地讲，涉及聚合物电解质、聚合物电解质膜的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，近几十年已经得到了突飞猛进的发展，目前已经广泛应用于小型储能设备、电动汽车、智能电网等领域。然而，锂离子电池常用的是有机小分子液态电解液，虽然有机小分子碳酸酯类具有良好的锂盐解离及锂离子传递作用，但存在着漏液、起火、爆炸等安全隐患，锂不均匀的沉积和脱出会导致锂枝晶的生成，最终导致循环性能变差、胀气甚至短路。使用固态电解质代替液态电解液，能避免界面处持续的副反应，且较高的机械性能一定程度上也能抑制锂枝晶的生成，改善界面稳定性，同时，固态电解质不泄露、易封装及工作温度范围宽，具有更高的安全性及易操作性。

固态电解质可以划分为无机固态电解质和有机固态电解质，无机电解质主要包括氧化物和硫化物。硫化物无机固态电解质锂离子电导率高、机械性能好，但是不稳定，对水氧敏感，制备条件严苛。氧化物无机固态电解质相对稳定，但较脆，韧性差，导致电极与电解质界面相容性差，限制了它的实际应用。有机固态电解质包括聚合物电解质，聚合物电解质存在着电化学稳定差，电化学窗口窄、机械性能差等行业实际问题。

发明内容

鉴于此，本申请提供高聚合物电解质、聚合物电解质膜的制备方法及锂离子电池，能够提高离子电导率，提高机械性能及电化学稳定窗口。

第一方面，本申请提供一种聚合物电解质，所述聚合物电解质包括式I所示的聚合物；

其中，R₁为式I-1所示的结构单元，R₂为式I-2所示的结构单元，R₃为式I-3所示的结构单元，R₄为式I-4所示的结构单元，

其中，n₁取值范围在n₃至n₃+6之间；

n₂取值范围在n₄-8至n₄+8之间；

式I-3所示结构单元中的R离子为含氟酸根离子，式I-1所示结构单元中的R’为含氟烷基或氟。

在上述方案中，所述聚合物电解质具有嵌段式聚合物链，该聚合物链含有提高聚合物电解质离子电导率的双离子导体基团，能够与锂盐、电解液添加剂形成协同效应，从而提高电解质的离子电导率；该聚合物链含有共轭结构及分子间氢键，能保证聚合物凝胶电解质的力学强度，通过主链上的酯链和聚氨酯链、硅烷基团和吡啶环，以及侧链上的离子基团，提高分子链柔性，使得聚合物薄膜具有极佳的柔韧性，进而提高聚合物电解质的机械性能和电化学稳定窗口；再者，该聚合物电解质含有硅烷基团、烷基链，能够与电解液中的塑化剂相互吸附，提高电解液吸附能力。该聚合物链中较大的侧链结构可以带来空间位阻和带电基团的排斥力，两种排斥力相互平衡，能提高聚合物电解质对外界压力和体积变化的自膨胀和自收缩效能，提高聚合物电解质的自适应能力。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述聚合物电解质满足以下特征a～f中的至少一种：