聚电解质组合物及其制备方法与流程

本公开涉及包含多离子多嵌段聚合物的聚电解质组合物、其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂(li)离子电池由于其多个优点而广泛用于各种装置中。然而，工业上仍在致力于开发具有改进性能的下一代锂离子电池。改进锂离子电池性能的一种方法是使用有效的电解质，例如离子液体(il)。il是有吸引力的电解质，其具有令人感兴趣的性能，例如高离子传导率、热稳定性、不可燃性、高热容、室温下可忽略的挥发性、强极化性等。

2、含有il或聚(离子液体)(pil)的聚合物是一种特殊类型的聚电解质，其含有与聚合物链中的选定重复单元结合的il。il在室温下为液态，而pil为固体，和因此可制成具有许多优点的聚电解质，所述优点例如无泄漏、高(热)稳定性、可循环性(寿命)、总存储容量等。

3、苯乙烯类嵌段共聚物(sbc)是本领域公知的且可被官能化以改变它们的特性。在sbc的选定嵌段中引入il可导致聚电解质的形成。然而，这种聚电解质的性能取决于sbc的嵌段含量、il的类型、离子的浓度等。

4、仍然需要具有改进的离子传导率、机械和电化学性能的聚电解质组合物。

技术实现思路

0、发明概述

1、在一方面，本公开涉及一种聚电解质组合物，其包含下述物质、基本上由下述物质组成或由下述物质组成：(a)多离子多嵌段聚合物，其含有具有至少一种季铵盐的苯乙烯类嵌段共聚物前体，所述苯乙烯类嵌段共聚物前体包含：嵌段d，其衍生自取代的乙烯基芳族单体且具有10-100kg/mol的分子量(mp)；嵌段a，其衍生自乙烯基芳族单体且具有5-100kg/mol的分子量(mp)；和任选的嵌段b，其衍生自共轭二烯单体且具有1-40kg/mol的分子量(mp)；(b)交联剂，其包含具有至少两个氨基的化合物，其中所述交联剂的量为0.05-20mol％，基于所述季铵盐的总摩尔量；(c)至少一种选自锂盐、钠盐、及其混合物的盐；和(d)离子液体。由所述聚电解质组合物获得的膜在30℃下的离子传导率为大于2.0×10-6s/cm。

2、在第二方面，所述交联剂的量为0.1-15mol％，基于所述季铵盐的总摩尔量。

3、在第三方面，所述交联剂选自1,4-双(咪唑-1-基)-丁烷、1,4-双(2-甲基-1h-咪唑-1-基)丁烷、1,4-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,6-二咪唑己烷、1,6-双(2-乙基咪唑基)丁烷、1,6-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,8-二咪唑辛烷、1,8-双(2-乙基咪唑基)丁烷、1,8-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,10-二咪唑癸烷、1,10-双(2-乙基咪唑基)丁烷和1,10-双(2-苯基咪唑)丁烷、及其混合物。

4、在第四方面中，所述聚电解质组合物具有含有锂盐和离子液体的组合的导电相，且其中基于所述聚电解质组合物的总体积，导电相的体积分数为0.5-0.8。

技术特征：

1.一种聚电解质组合物，其包含：

2.根据权利要求1所述的聚电解质组合物，其中所述交联剂的量为0.1-15mol％，基于所述季铵盐的总摩尔量。

3.根据权利要求1所述的聚电解质组合物，其中所述交联剂选自1,4-双(咪唑-1-基)-丁烷、1,4-双(2-甲基-1h-咪唑-1-基)丁烷、1,4-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,6-二咪唑己烷、1,6-双(2-乙基咪唑基)丁烷、1,6-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,8-二咪唑辛烷、1,8-双(2-乙基咪唑基)丁烷、1,8-双(2-苯基咪唑)丁烷、1,10-二咪唑癸烷、1,10-双(2-乙基咪唑基)丁烷和1,10-双(2-苯基咪唑)丁烷、及其混合物。

4.根据权利要求1所述的聚电解质组合物，其中所述聚电解质组合物具有包含锂盐和离子液体的组合的导电相，其中基于所述聚电解质组合物的总体积，所述导电相的体积分数为0.5-0.8。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述膜在30℃下的离子传导率为2.5×10-6至1.0×10-3s/cm。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述离子液体与所述季铵盐的摩尔比为0.1:1-1:1，和所述锂盐与所述季铵盐的摩尔比为5:1-20:1。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述苯乙烯类嵌段共聚物前体具有5-70wt％的聚苯乙烯含量，基于所述苯乙烯类嵌段共聚物前体的总重量。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述苯乙烯类嵌段共聚物前体具有20-400kg/mol的分子量(mp)。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中：

10.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述苯乙烯类嵌段共聚物前体进一步包含所述衍生自共轭二烯单体的嵌段b，和其中所述共轭二烯单体选自1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1-苯基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯、3-丁基-1,3-辛二烯、月桂烯、法呢烯、1,3-环己二烯、戊间二烯、及其混合物；

11.根据权利要求10所述的聚电解质组合物，其中在氢化之前，每个嵌段b和b′具有5-35wt％的乙烯基含量，基于每个嵌段b和b′中的聚合的共轭二烯单体的重量。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中每个嵌段a和d独立地具有小于30mol％的氢化水平，基于每个嵌段a和d中的聚合的单体的摩尔量；且其中嵌段d具有至少一种季铵盐。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述苯乙烯类嵌段共聚物前体进一步包含嵌段b，和其中每个嵌段a具有10-50kg/mol的分子量(mp)，每个嵌段b具有2-20kg/mol的分子量(mp),每个嵌段d具有15-60kg/mol分子量(mp)。

14.根据权利要求1-4中任一项所述的聚电解质组合物，其中所述离子液体选自乙基甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(emitfsi)、乙基甲基咪唑鎓双(五氟乙烷磺酰基)酰亚胺(emipfsi)、丁基甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(bmitfsi)、丁基甲基咪唑鎓双(五氟乙烷磺酰基)酰亚胺(bmipfsi)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([bmim][bf4])、n-丁基-n31甲基吡咯鎓双(3-三氟甲磺酰基)酰亚胺(pyr14+tfsi-i)、三己基(十四烷基)鏻二氰胺[p6,6,6,14][dca]、三己基(十四烷基)鏻双(三氟甲磺酰基)[p6,6,6,14][tfms]、三己基(十四烷基)氯化鏻[p6,6,6,14][cl]、三己基(十四烷基)鏻十二烷基苯磺酸盐[p6,6,6，14][dbs]、

15.一种锂离子电池，其包括：

技术总结
公开了一种聚电解质组合物，其包含(a)包含具有至少一种季铵盐的苯乙烯类嵌段共聚物(SBC)前体的多离子多嵌段聚合物(PILSBC)；(b)交联剂，其包含具有至少两个氨基的化合物；(c)锂盐；和(d)离子液体。所述SBC前体包含至少一个衍生自取代的乙烯基芳族单体的嵌段D，衍生自乙烯基芳族单体的嵌段A，和任选的衍生自共轭二烯单体的嵌段B。所述聚电解质组合物中离子液体与季铵盐的摩尔比为0.1:1‑1:1。所述聚电解质组合物提供改善的离子传导率和电化学性能，且可用于电池例如锂离子电池中。

技术研发人员：B·科鲁兹尔,闫佳琪,V·梅尔塔,R·陶彻托,C·威利斯
受保护的技术使用者：科腾聚合物荷兰有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16