[发明专利]一种多臂星型嵌段聚合物基电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物电解质材料领域，特别涉及一种多臂星形嵌段聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池与传统的镉镍电池、镍氢电池相比，具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电率低及使用温度范围宽等优点被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备中。但是，传统的锂二次电池通常使用有机液体电解质，其在使用和存储过程中存在漏液和爆炸问题，严重影响电池的寿命和使用安全性。全固态聚合物电解质材料与传统的有机液体电解质材料相比，有重量轻、能量密度更高、柔性、形状设计能力强、不漏液、更安全等优势，能更好地满足未来电子器件轻薄、形状灵活的发展要求，因此受到人们的广泛研究。

上个世纪70年代Wright等人发现聚氧化乙烯(PEO)与碱金属的络合物具有导电性，Amand提出聚合物电解质可以应用于锂离子二次电池。此后，围绕PEO基聚合物电解质进行了大量的研究工作，并取得了重要的进展。但是由于线形PEO结晶度高，使得室温电导率低(10^-7S/cm)，不能满足使用要求。通过设计开发新型聚合物材料，降低聚合物基体的结晶度和玻璃化转变温度，提高聚合物链的运动能力从而提高电导率成为研究的重要内容。研究表明，通过共聚、接枝、支化等方法可以降低PEO的结晶度，甚至得到无定形的聚合物，使得电导率得到明显提高。

星形聚合物具有支化和三维球形结构，与线形类似物相比，具有独特的物理性质和相行为。星形聚合物的核和臂之间通过共价键连接，因此不会随外界条件的变化而发生变化，因此，星形聚合物具有良好的稳定性。另外，星形聚合物的支化结构可以抑制结晶。基于星形聚合物的这些特点，大量的星形PEO基聚合物被设计合成并用于聚合物电解质的研究。但是目前研究的以星形聚合物为基体的聚合物电解质，尽管表现出了比线形类似物更高的电导率，但是其机械强度较低，所以开发既有高室温电导率又具有良好机械强度的新型聚合物电解质具有重要的意义。多臂星形聚合物可以含有较多的PEO的臂，其对锂盐应有更高的溶解和传导能力，更有利于聚合物电解质电导率的提高。多臂嵌段星形聚合物臂中刚性链段的存在有利于聚合物电解质机械强度的提高。因此，含有PEO及刚性链段的多臂星形聚合物基电解质更能满足实用化的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多臂星形嵌段聚合物电解质及其制备方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种多臂星形嵌段聚合物电解质，其通过溶液浇注的方法制备。

根据本发明，该聚合物电解质的制备包括如下步骤：

1)、将锂盐于80℃真空烘箱中干燥24小时；

2)、称取一定量的锂盐和多臂星形嵌段共聚物溶于溶剂中，强烈搅拌至形成均匀溶液；

3)、将上述溶液倒入聚四氟乙烯模具中，室温挥发除去大部分溶剂后，80℃真空干燥24小时，得到固体聚合物电解质。

根据本发明，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种，优选为高氯酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂，更优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂。所述锂盐占聚合物基体的质量分数为5～100％。

根据本发明，所述溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮、乙腈中的一种，优选为四氢呋喃。所述溶剂用量为聚合物基体质量的2～15倍。

根据本发明，所述的聚合物电解质基体为多臂星形嵌段聚合物，该多臂星形嵌段聚合物通过先核后臂法制得，具有式(1)的结构，

该星形聚合物的核和臂之间通过化学键连接，其中所述核是超支化聚苯乙烯及其共聚物、超支化聚丙烯酸酯及其共聚物，所述臂为包含刚性聚合物链段和含有柔性PEO侧链的聚丙烯酸酯链段；R为苯基、取代苯基、吡啶基、取代吡啶基、苄酯基、环烷酯基，优选为苯基；R₁为-H或-CH₃，m为1～100的聚合度，优选为40～70，n为1～200的聚合度，优选20～150；y为1～100的聚合度，优选4～30；z为0～100臂数，为20～50。