[发明专利]聚合物保护膜及金属锂负极、锂二次电池及车辆

说明书

本申请公开了一种聚合物保护膜及金属锂负极、锂二次电池及车辆，所述聚合物保护膜的结构式如下：本申请聚合物保护膜在咪唑基团和聚苯胺链段的协同作用下，具有良好的柔性，机械强度、离子电导率和导电性，能够有效适应锂金属的膨胀，提高锂离子迁移率和传输，使得锂离子分布均匀，进而抑制锂枝晶的生长，改善锂二次电池的循环性能。

技术领域

本发明一般涉及锂电池技术领域，具体涉及一种聚合物保护膜及金属锂负极、锂二次电池及车辆。

背景技术

锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和极低的电化学势(-3.040Vvs标准氢电极)，是锂二次电池理想的负极材料。然而，限制锂二次电池进一步发展的障碍主要有两个方面：(1)是锂二次电池在循环过程中容易产生锂枝晶，导致电池易出现短路；(2)是锂金属在循环过程中容易发生破碎粉化，导致活性锂损失，缩短电池循环寿命。研究表明通过在锂金属表面构建保护膜能够显著降低锂金属与电解液的副反应，抑制枝晶的生长，提高电池循环寿命。

目前常规保护膜主要包括聚合物膜和无机/有机杂化膜。但是，现有聚合物保护膜机械强度较差，无法很好的抑制锂枝晶的生长，并且现有聚合物保护膜与锂金属之间作用力和浸润性较差，界面之间无法很好的传导锂离子。现有有机/无机杂化的保护膜韧性较差，锂金属的膨胀与粉化会使保护膜破裂，导致锂金属与电解液之间发生副反应，失去保护效果。因此目前的常规保护膜无法有效地改善锂二次电池的循环的性能。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种聚合物保护膜及金属锂负极、锂二次电池及车辆，实现抑制锂枝晶生长的同时，能够有效传导锂离子，适应锂的膨胀，进而改善锂二次电池的循环性能。

第一方面，本发明提供一种聚合物保护膜，聚合物保护膜的结构式如下：

其中，R₁选自双三氟甲基磺酸亚胺根、双氟磺酰亚胺根、高氯酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、四氟硼酸根、二草酸硼酸根、二氟草酸硼酸根、三氟甲基磺酸根中的一种；

R₂选自-(CH₂)_i-、-CH₂-Y₁-CH₂-、-CH₂-(CH₂Y₂CH₂)_j-CH₂-中的一种；其中，i为2-100的整数，Y₁、Y₂各自独立地选自O、NH或S，j为1-100的整数；

p为还原态聚苯胺链段占聚苯胺链段的摩尔比，p为0～1之间的任一小数，m、n分别为聚咪唑链段和聚苯胺链段占整个聚合物的摩尔比，m、n各自独立的为0～1之间的任一小数且m+n等于1.0；

-(CH₂)_i-、-CH₂-Y₁-CH₂-、-CH₂-(CH₂Y₂CH₂)_j-CH₂-中的氢原子可部分或全部被取代基取代。

作为可选的方案，0.5≤m≤0.95，0.05≤n≤0.5。

作为可选的方案，0.6≤m≤0.8，0.2≤n≤0.4。

作为可选的方案，取代基选自卤素、羟基、胺基、羰基、氰基、C₁-C₆的烷氧基、C₁-C₆的烷基、C₆-C₁₂的芳基或C₆-C₁₂的环烷基。