新型高分子量多臂星型聚合物电解质的设计合成与结构性能研究

通过分子设计，首先将原子转移自由基聚合与自缩合乙烯基聚合相结合，制备超支化共聚物；采用动态混合溶剂法，利用该超支化共聚物末端含有的大量卤原子引发聚氧化乙烯丙烯酸酯等单体的原子转移自由基聚合，合成超支化共聚物为核、高分子量的新型多臂星型聚合物。该种多臂星型聚合物臂上含有大量的聚氧化乙烯基团。另外还可以利用点击化学，将三唑基团引入到该星型聚合物的末端，获得含有三唑基的高分子量多臂星型聚合物。这些星型聚合物具有臂数多、分子量高等特点，这些结构特点将有利于该种星型聚合物与锂盐复合所形成的聚合物电解质不仅具有不易结晶和较高的溶解锂盐的能力，提高聚合物电解质的室温电导率，而且有助于提高聚合物电解质的力学性能及热稳定性，推进固体聚合物电解质实用化进程。

锂离子电池聚合物电解质具有取代液态电解质的潜在应用价值而受到人们的广泛关注。提高聚合物电解质室温电导率是聚合物电解质实用化需要解决的关键问题之一。本项目中，利用多臂星型聚合物不容易结晶的特点，我们设计合成了一系列以超支化聚苯乙烯共聚物（HBPS）为核的新型多臂星型聚合物如不同分子量PEO为臂的多臂星形聚合物（HBPS-PEO）、以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯（PEGMEA）与MMA无规共聚物为臂或PEGMEA-co-St无规共聚物为臂的多臂星形聚合物以及St-b-PEGMA嵌段共聚物为臂的多臂星形聚合物。并采用NMR、ATR-FTIR、GPC、DSC及TGA对其结构和热性能进行了表征。研究了这些多臂星型聚合物与锂盐复合形成的聚合物电解质的电导率与聚合物的结构、温度、锂盐的种类与加入量之间的关系。实验表明，制备的多臂星型聚合物基的聚合物电解质的室温电导率（25 oC时可达8×10-5 S/cm)明显高于线性聚氧化乙烯基的聚合物电解质的室温电导率（30 oC，大约10-8S/cm）；这些多臂星型聚合物具有良好的热稳定性(初始分解温度>360 oC)；在星型聚合物的结构中引入聚苯乙烯链段及聚甲基丙烯酸甲酯链段能明显提高星型聚合物的机械强度，制备的星型聚合物电解质可以形成柔软的自支撑薄膜。. 另外，我们还设计合成了超支化PEO为核、线性PEO为臂的新型超支化多臂星形聚合物；新型离子液体聚合物；取代环氧乙烷与1,3-二氧五环共聚形成的新型共聚醚。采用NMR、ATR-FTIR、GPC、DSC、XRD、TGA等分析手段表征了它们的结构和性能。采用交流阻抗谱等方法研究了这些共聚物与锂盐复合形成的聚合物电解质的离子的电导率与其结构、温度等之间的关系。实验表明，这些聚合物电解质都具有高的室温电导率（≥10-4S/cm）和良好的热稳定性能。此外，还制备了多臂星型聚合物HBPS-(PPEGMA)x，研究了该星型聚合物 、无机纳米离子（TiO2）及锂盐组成的复合型聚合物电解质的离子导电性能。. 以上研究极大地丰富了聚合物电解质的种类，对聚合物电解质实用化进程起到了积极的推动作用。. 本项目研究共发表文章14篇，其中SCI文章11篇。另外，发表会议论文3篇，其中国际会议论文2篇，申请中国发明专利3件。. 总之，我们顺利地完成了研究任务，获得了较好研究结果，达到了预期研究目标。