[发明专利]用于生产具有可控分子量分布的有序多嵌段共聚物的改进合成方法

说明书

本发明涉及用于顺序和会聚制备包含至少一个非极性聚合物嵌段和一个极性聚合物嵌段的有序嵌段共聚物的方法，其中所述非极性嵌段是由特定的单体通过使用pKa值大于或等于45的锂‑有机基引发剂进行活性顺序阴离子聚合而构建的，并且所述极性嵌段是分子量大于或等于350g/mol且小于或等于5000g/mol并且由选自C2‑C10氧杂环化合物的单体、它们的衍生物或其中至少两种不同单体的混合物构成的聚合物嵌段，其中所述极性聚合物嵌段以一步方式通过极性嵌段的单体之一的环氧官能化，通过该单体与环氧氯丙烷的反应获得，在游离锂离子存在的非极性溶剂中会聚地共价连接到非极性嵌段阴离子。此外，本发明涉及具有非常均匀链长的短极性链的特定嵌段共聚物、聚合物电解质以及该嵌段共聚物作为二次碱性电池中的聚合物电解质的用途。

技术领域

本发明涉及用于顺序和会聚制备包含至少一个非极性聚合物嵌段和一个极性聚合物嵌段的有序嵌段共聚物的方法，其中所述非极性嵌段是由特定的单体通过使用pKa值大于或等于45的锂-有机基引发剂进行活性顺序阴离子聚合而构建的，并且所述极性嵌段是分子量大于或等于350g/mol且小于或等于5000g/mol并且由选自C2-C10氧杂环化合物的单体、其衍生物或其至少两种不同单体的混合物而构成的聚合物嵌段，其中所述极性聚合物嵌段以一步方式通过极性嵌段的单体之一的环氧官能化，通过该单体与环氧氯丙烷的反应获得，在游离锂离子存在的非极性溶剂中被共价连接到非极性嵌段阴离子。此外，本发明涉及具有非常均匀链长的短极性链的特定嵌段共聚物、聚合物电解质以及该嵌段共聚物作为二次碱性电池中的聚合物电解质的用途。

便携式电气设备取得成功的基本先决条件之一是提供足够大且相当安全的能源，特别是碱性二次电池的形式，有助于在日常条件下实现难以想象的灵活性和可用的应用时长。然而，应用安全性仍然是当前进一步发展的着手点，因为特别是基于溶剂的液体电解质有时在易燃性方面具有较高的风险。出于这个原因，对原则上不存在这些危险的替代电解质进行深入研究。

固体电解质构成无溶剂等级，例如聚合物电解质，它基于聚环氧乙烷(PEO)聚合物和锂导电盐并且自1970年代以来一直在研究。这些电解质使用安全，并作为所谓的锂聚合物电池进行商业交易。由于当前的发展，聚合物电解质电池在高要求和能源密集型应用领域(例如电动汽车)中的比例正在增加。基于PEO的聚合物电解质的缺点是，在不牺牲性能的情况下通常只能在高于其熔点(约60℃)的温度下使用，因为只有这样其电导率水平才能满足电池应用的需要。其他可能的聚合物电解质，如聚碳酸酯，也只能在其玻璃化转变温度以上进行加工，即使这样，现代高性能电池的离子电导率也相当低。此外，对于这些聚合物，不能独立于机械稳定性来控制锂离子部分电导率，这对于抑制锂金属阳极上的锂枝晶生长至关重要。

在离子导电域的有序微米和纳米结构的构建领域中，确定了聚合物电解质的机械和离子导电性能解耦的起始点。通过使用具有不同但有序嵌段域的嵌段共聚物(BCP)，可以分别调整电化学和机械性能。通过各个嵌段聚合物的聚合物链段的相互作用，它们进行自我组织(自组装)，并形成有序的离子传导域网络，其中存在同时具有高转移数的连续解耦快速锂离子流。然而，形成高度有序的宏观区域的基本前提是所使用的嵌段共聚物具有高度可重现的特性。

背景技术

在文献中也可以找到一些研究由嵌段共聚物获得的聚合物电解质的结构和离子传导性能的方法。

例如，等，在Chem.Eur.J.2018，24，8061-8065(DOI：10.1002/chem.201801521)中发表的“基于自组装嵌段共聚物的具有卓越锂离子电导率的环境温度电解质”描述了用作聚合物电解质的嵌段共聚物的可能结构和性质。

US 2012/026 488 0 A1公开了同时表现出电子和离子传导的嵌段共聚物的合成。为了从聚(3-己基噻吩)(P3HT)和聚(环氧乙烷)合成嵌段共聚物，依次使用格氏复分解聚合和点击反应的组合。