有機硅聚合物及其固體電解質和固態鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種有機硅聚合物，包含該有機硅聚合物的固體電解質，以及相應的固態鋰離子電池。本發明提供的有機硅聚合物是一類既含有無機主鏈結構又含有有機側鏈結構的高分子化合物，兼具有機聚合物和無機聚合物的特性，具有許多獨特的性能。以該有機硅聚合物制備而成的固體電解質及其固態鋰離子電池因此具有諸多優良的特性，包括優良的導鋰離子能力，更好的耐高溫性能，更寬的工作溫度范圍以及更好的熱穩定性能。
【專利說明】有機硅聚合物及其固體電解質和固態鋰離子電池
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種有機娃聚合物、含有有機娃聚合物的固體電解質和它們的制備方法，及其在固態鋰離子電池中的應用。
【背景技術】
[0002]傳統的鋰離子二次電池采用液態電解質溶液，其中主要包括有機溶劑和鋰鹽。當鋰離子二次電池在高倍率下工作時，由于工作溫度較高，很容易導致電解質溶液泄漏甚至引起燃燒或爆炸。
[0003]固態聚合物電解質是近年來迅速發展起來的一種固體電解質材料，由于未含有液態的有機溶劑，克服了電池容易漏液以及工作溫度過高時可能導致燃燒和爆炸等缺點。據研究，固態聚合物電解質還可以有效地抑制充電過程中鋰枝晶的生長，從而解決了由于鋰枝晶生長可能導致內部短路發生危險的問題。此外，固體電解質能夠同時實現電解液和隔膜的功能，不需要使用隔膜，而且也不需要像對液態電解質電池那樣在過渡充電狀態下需要保護，電池的制造相對比較容易。聚合物電解質具有重量輕、韌性撓性好并且容易制成薄膜等優點，可以進一步提高鋰離子二次電池的能量密度。
[0004]已經開發出來的固態聚合物電解質主要可以分為全固態聚合物電解質和凝膠聚合物電解質。現有的全固體電解質主要是由鋰鹽(如LiC104、LiBF4, LiAsF6, LiPF6等)溶于高分子量聚酯(如ΡΕ0、ΡΡ0)或聚醚固體中形成的固體材料；凝膠聚合物電解質通常是將液體塑化劑和/或溶劑加入到聚合物基質中，與聚合物基質形成穩定的凝膠結構，從而形成凝膠電解質。由于至今還未發現在較寬溫度范圍內具有較高離子電導率的聚合物電解質，提高聚合物電解質室溫下的電導率成為固態聚合物電解質研究的熱點課題。
【發明內容】
[0005]本發明的一個目的，是提供一種用于固體電解質的有機硅聚合物。
[0006]本發明的有機硅聚合物含有至少一種如式I或式2所示的結構單元:
[0007]
-R1-
【權利要求】
1.一種用于固體電解質的有機硅聚合物，含有至少一種如式I或式2所示的結構單元:
2.根據權利要求1的有機硅聚合物，其特征在于，所述陰離子Y選自
3.根據權利要求1的有機硅聚合物，其特征在于，所述陽離子A選自Li+、Na+、K+和季銨陽離子中的至少一種。
4.根據權利要求3的有機硅聚合物，其特征在于，所述陽離子A為Li+。
5.根據權利要求1的有機硅聚合物，其特征在于，所述取代基R1和R2中至少有一個為—O-Li+。
6.根據權利要求5的有機硅聚合物，其特征在于，所述取代基R1為烷基，取代基R2為——0_U+。
7.根據權利要求6的有機硅聚合物，其特征在于，所述取代基R1為甲基。
8.根據權利要求1的有機硅聚合物，其特征在于，所述取代基R1或R2中至少包含一個交聯基團，所述交聯基團是由具有聚合功能的交聯單體形成，所述交聯單體選自
9.根據權利要求8的有機硅聚合物，其特征在于，所述交聯單體選自HO—CH2CH2—OH、HQ_CH2CH2~NH2 和 Η#—CH2CH2一N Η]中的至少^一種。
10.一種固體電解質,含有如權利要求1 一 9任一所述的有機硅聚合物。
11.根據權利要求10的固體電解質，進一步含有無機納米粒子，無機納米粒子選自Si02、Li4Ti5O12'Ti02、Li3PO4'Al2O3 和含鋰沸石中的至少一種。
12.一種固態鋰離子電池，包括含有正極活性材料的正極、含有負極活性材料的負極，和如權利要求10所述的固體電解質。
13.根據權利要求12的固態鋰離子電池，其特征在于，所述正極活性材料可以選自錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰和磷酸鐵鋰中的至少一種。
14.根據權利要求12的固態鋰離子電池，其特征在于，所述負極活性材料可以選自碳素負極材料、鈦酸鋰、硅負極材料、錫負極材料和合金類負極材料中的至少一種。
15.根據權利要求14的固態鋰離子電池，其特征在于，所述碳素負極材料選自天然石墨、人造石墨和中間相碳微球中的至少一種。
16.一種如權利要求1所述的有機硅聚合物的制備方法，該有機硅聚合物由含硅聚合單體B、聚合單體C和醇鹽在溶劑中反應制備。
17.根據權利要求16的有機娃聚合物的制備方法,其特征在于,所述含娃聚合單體B可以選自LSi (OCH2X) 3、L2Si (OCH2X) 2或Si (OCH2X)4中的至少一種，其中，X為氫(H)、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，L為甲基、乙基、丙基、苯基、
18.根據權利要求17的有機娃聚合物的制備方法,其特征在于,所述含娃聚合單體B選自 LSi (OCH3) 3、L2Si (OCH3) 2 或 Si (OCH3) 4 中的至少一種。
19.根據權利要求18的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述含硅聚合單體B為CH3Si (OCH3) 3 和 / 或(CH3) 2Si (OCH3) 2。
20.根據權利要求16的有機娃聚合物的制備方法,其特征在于，所述含娃聚合單體B選自LSiCl3、L2SiCl2或SiCl4中的至少一種，其中，L為甲基、乙基、丙基、苯基、
21.根據權利要求20的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述含硅聚合單體B為CH3SiCl3 和 / 或(CH3) 2SiCl2。
22.根據權利要求16的有機娃聚合物的制備方法,其特征在于,所述含娃聚合單體B中進一步包括含硅控制單體D，所述含硅控制單體D選自TSi (OCH3) 3或T2Si (OCH3) 2中的至少一種，其中T是甲基、乙基、丙基、丁基或苯基。
23.根據權利要求22的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述含硅控制單體D選自 CH3Si (OCH3) 3 和 / 或(CH3) 2Si (OCH3) 2。
24.根據權利要求16的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述聚合單體C為H2O或分子兩端具有羥基、氨基或氨基與羥基的化合物。
25.根據權利要求24的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述聚合單體C 選自
26.根據權利要求25的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述聚合單體C選自
27.根據權利要求16的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述醇鹽具有如下結 構:
28.根據權利要求27的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述醇鹽選自Li+、Na+、K+或季銨陽離子的甲醇鹽和/或乙醇鹽中的至少一種。
29.根據權利要求16的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述溶劑選自具有
30.根據權利要求29的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述溶劑選自甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、丁醇-2、特丁醇、苯甲醇、四氫呋喃和丙酮中的至少一種。
31.根據權利要求16的有機娃聚合物的制備方法,其特征在于,所述制備有機娃聚合物的反應在惰性氣體保護下進行。
32.根據權利要求31的有機硅聚合物的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體選自氮氣、氦氣或氬氣。`
【文檔編號】C08G77/06GK103682427SQ201210337626
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月13日 優先權日:2012年9月13日
【發明者】周小平 申請人:微宏動力系統（湖州）有限公司