一种聚脲基固态电解质及其制备方法与流程

本申请涉及固态电解质，具体地，涉及一种聚脲基固态电解质及其制备方法。

背景技术：

1、基于聚脲的固态电解质已有诸多报道，主要是将锂盐加入到基于聚醚胺的聚天冬氨酸酯中，再加入异氰酸酯固化剂进行固化。这种固态电解质结合了聚脲和聚乙二醇的特点，但仍然存在一些不足。

技术实现思路

1、聚乙二醇的结晶性影响了其离子电导率。为了降低聚乙二醇的结晶性，通常采用聚醚胺，但聚醚胺中的聚氧丙基(ppo)链段对于电解质的离子电导率不利，因此，存在固态电解质结晶性和离子电导率不能同时解决的问题，最终体现是聚脲基固态电解质的离子电导率不够高。另外，发明人发现，聚合物电解质的交联密度也影响其离子电导率，交联密度越大，聚合物链段的运动能力越差，离子电导率也越低，现有技术中为了避免电解质交联密度大的技术问题，需要采用较大分子量的聚醚胺，这又出现了结晶性和离子电导率不能通过解决的技术问题。

2、为了解决现有技术中聚脲基固态电解质的离子电导率不够高的技术问题，本申请提供一种聚脲基固态电解质及其制备方法。

3、本申请采用如下的技术方案：

4、一种聚脲基固态电解质，原料组分包含：第一聚天冬氨酸酯、锂盐和异氰酸酯固化剂；

5、所述第一聚天冬氨酸酯含有下式(1)所示的第一树脂，

6、

7、其中，r1为任选含有一个或多个杂原子的二价有机基团，通过从具有脂族、环脂族或芳脂族键合的伯氨基并在60至6000g/mol的平均分子量范围内的相应多胺中除去伯氨基获得并可含有对异氰酸酯基团有反应性和/或在最多100℃的温度下为惰性的其它官能团；r2、r3、r4和r5独自的选自c1-c18烷基或通式为-o(ch2ch2o)mr6的第一聚乙二醇醚基团，且r2、r3、r4和r5中至少一个为所述第一聚乙二醇醚基团，m＝1-250，r6为c1-c6烷基；

8、所述锂盐的重量为所述第一聚天冬氨酸酯重量的3-30％。

9、优选的，所述第一树脂由式(1)中r2、r3、r4和r5独自的选自c1-c18烷基所对应的第二聚天冬氨酸酯与聚乙二醇单烷基醚ho(ch2ch2o)mr6进行酯交换反应获得。

10、优选的，所述第一聚天冬氨酸酯还含有下式(2)所示的第二树脂，

11、

12、其中，r5为任选含有一个或多个杂原子的二价有机基团，通过从具有脂族、环脂族或芳脂族键合的伯氨基并在60至6000g/mol的平均分子量范围内的相应多胺中除去伯氨基获得并可含有对异氰酸酯基团有反应性和/或在最多100℃的温度下为惰性的其它官能团；r7和r8独自的选自c1-c18烷基或通式为-o(ch2ch2o)nr9的第二聚乙二醇醚基团，n＝1-250，r9为c1-c6烷基；

13、所述第一树脂和所述第二树脂的重量比为1-100:1。

14、优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氯甲基磺酸锂、高氯酸锂、双三氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二(三氯甲基磺酸)亚胺锂和三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的一种或者多种组合。

15、优选的，所述异氰酸酯固化剂的中异氰酸酯基团与所述第一聚天冬氨酸酯中氨基上的活泼氢的摩尔比为1:1-1.3。

16、优选的，所述异氰酸酯固化剂包含多羟基聚氧乙烯醚与多异氰酸酯单体的加合物，所述异氰酸酯固化剂中异氰酸酯基团含量不低于3wt％。

17、更优选的，所述多羟基聚氧乙烯醚的平均分子量为200-10000。

18、更优选的，所述多羟基聚氧乙烯醚中羟基与所述多异氰酸酯单体中异氰酸酯基团的摩尔比为1:1.2-3。

19、更优选的，所述异氰酸酯固化剂还包含异氰酸酯三聚体，所述加合物与所述异氰酸酯三聚体的重量比为50-1:1。

20、一种上述任一实施方案所述的聚脲基固态电解质的制备方法，将所述锂盐加入到所述第一聚天冬氨酸酯中，分散均匀，加入所述异氰酸酯固化剂，混合均匀，成型，固化，即得。

21、综上所述，本申请具有以下有益效果：

22、1、本申请在聚天冬氨酸酯树脂的端基中通过酯交换反应引入聚乙二醇链段，既可以提高固态电解质的聚乙二醇含量，也由于聚乙二醇链段在交联的聚脲三维网络结构的端基，不在主链上，更容易发生运动，提高离子电导率。

23、2、本申请的聚乙二醇链段在交联的聚脲三维网络结构的端基，可以穿梭在聚脲三维网络结构中，更容易发生运动，在聚脲受到外力作用时，可以更好的吸收外力的冲击作用，提高固态电解质的韧性。

24、3、本申请进一步采用分子量较大的异氰酸酯固化剂，可以避免聚脲电解质的交联密度太大导致的电解质脆性，以及影响离子电导率的技术问题，同时固化剂中引入较多的聚乙二醇链段也可以提高电解质的离子电导率。

技术特征：

1.一种聚脲基固态电解质，其特征在于，原料组分包含：第一聚天冬氨酸酯、锂盐和异氰酸酯固化剂；

2.根据权利要求1所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述第一树脂由式(1)中r2、r3、r4和r5独自的选自c1-c18烷基所对应的第二聚天冬氨酸酯与聚乙二醇单烷基醚ho(ch2ch2o)mr6进行酯交换反应获得。

3.根据权利要求1所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述第一聚天冬氨酸酯还含有下式(2)所示的第二树脂，

4.根据权利要求1所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氯甲基磺酸锂、高氯酸锂、双三氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二(三氯甲基磺酸)亚胺锂和三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的一种或者多种组合。

5.根据权利要求1所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述异氰酸酯固化剂的中异氰酸酯基团与所述第一聚天冬氨酸酯中氨基上的活泼氢的摩尔比为1:1-1.3。

6.根据权利要求1所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述异氰酸酯固化剂包含多羟基聚氧乙烯醚与多异氰酸酯单体的加合物，所述异氰酸酯固化剂中异氰酸酯基团含量不低于3wt％。

7.根据权利要求6所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述多羟基聚氧乙烯醚的平均分子量为200-10000。

8.根据权利要求6所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述多羟基聚氧乙烯醚中羟基与所述多异氰酸酯单体中异氰酸酯基团的摩尔比为1:1.2-3。

9.根据权利要求6所述的聚脲基固态电解质，其特征给在于，所述异氰酸酯固化剂还包含异氰酸酯三聚体，所述加合物与所述异氰酸酯三聚体的重量比为50-1:1。

10.一种权利要求1-9任一项所述的聚脲基固态电解质的制备方法，其特征在于，将所述锂盐加入到所述第一聚天冬氨酸酯中，分散均匀，加入所述异氰酸酯固化剂，混合均匀，成型，固化，即得。

技术总结
本申请涉及固态电解质技术领域，具体提供一种聚脲基固态电解质及其制备方法。本申请的聚脲基固态电解质，原料组分包含：第一聚天冬氨酸酯、锂盐和异氰酸酯固化剂；第一聚天冬氨酸酯的酯基中含有聚乙二醇链段结构。本申请的聚脲基固态电解质具有离子电导率高的特点。

技术研发人员：吕文章,车琳娜,苏恩,朱龙晖,罗善锴,邬茳
受保护的技术使用者：深圳飞扬骏研新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13