CN109476838A - 聚合物、包括聚合物的电解质以及包括聚合物的锂电池 - Google Patents

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Abstract

提供了由式1表示的聚合物、包括该聚合物的电解质以及包括该聚合物的锂电池。

Description

聚合物、包括聚合物的电解质以及包括聚合物的锂电池
技术领域
本公开涉及聚合物、包括该聚合物的电解质以及包括该聚合物的锂电池。
背景技术
锂电池用作便携式电子装置(比如便携式摄像机、移动电话和膝上型计算机)的驱动源。锂二次电池可以以高速率再充电，并且具有比铅蓄电池、镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢电池和镍锌电池高约三倍的每重量的高能量密度。
在锂电池中，通常使用有机电解质溶液，并且这种有机电解质溶液通过将锂盐溶解在有机溶剂中来制备。有机电解质溶液在高温下有爆炸的危险并且易于泄漏，因此需要凝胶或固体形式的电解质。
代表性的凝胶或固体电解质为聚合物电解质，并且聚合物电解质的示例包括聚氧化乙烯(PEO)。然而，这种包括PEO的聚合物电解质具有差的离子电导率、热性能和机械性能。
因此，需要具有改善的离子电导率、热性能和机械性能的聚合物，以及包括该聚合物的聚合物电解质。
发明内容
技术问题
提供一种新型聚合物。
提供一种包括该新型聚合物的电解质。
提供一种包括该新型聚合物的锂电池。
解决问题的方法
根据本公开的方面，提供由式1表示的聚合物：
<式1>
在式1中，
CY可以为具有2至30个碳原子且选择性地具有一个或多个杂原子的6元环基团至30元环基团，
所述6元环基团至30元环基团可以包括未取代的或取代的C3-C30环烷基环、未取代的或取代的C3-C30杂环烷基环、未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
X1、X2和X4可以各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
X3可以为具有杂原子的重复单元，
X5-可以为阴离子官能团，
M+可以为阳离子，
G1和G2可以各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2可以各自独立地为可交联官能团，
a可以为2至5的整数，
n1可以为1至100的整数，并且
n2可以为1至300的整数。
根据本公开的另一方面，提供一种电解质，包括：
聚合物；和
锂盐。
根据本公开的另一方面，提供一种锂电池，包括：
阴极；
阳极；和
位于阴极和阳极之间的电解质，
其中选自阴极、阳极和电解质中的至少一个包括该聚合物和其交联产物中的至少一种。
本公开的有益效果
根据一方面，使用具有新型结构的聚合物可以改善电解质的离子电导率以及热性能和机械性能。
附图说明
图1为根据实施方式的锂电池的示意图。
<标明附图的主要元件的附图标记的说明>
1.锂电池 2.阳极
3.阴极 4.隔膜
5.电池壳体 6.盖组件
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述根据实施方式的聚合物、包括该聚合物的电解质以及包括该聚合物的锂电池。
由于本文公开的发明构思允许各种改变和许多实施方式，因此特定实施方式将在书面描述中详细描述，并且如果必要，将在附图中示出。将参考结合附图详细描述的实施方式阐明本文公开的发明构思的效果和特征以及实现该效果和特征的方法。然而，本文公开的发明构思不应被解释为限于本文阐述的实施方式，并且可以以许多不同的形式体现。
应理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些部件用于区分一个部件与另一个部件。
如本文使用的，单数形式的“一(a)”，“一(an)”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
将进一步理解，本文使用的术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定所述特征或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征或部件的存在或添加。
当某个实施方式可以不同地实现时，可以与所描述的顺序不同地执行具体的过程顺序。例如，两个连续描述的过程可以基本上同时进行或者以与所描述的顺序相反的顺序进行。
在下文中，如果必要，将参考附图更充分地描述实施方式。在以下参考附图的描述中，相同的附图标记用于相同或相应的元件，并且将省略重复的描述。
为了便于说明，可放大附图中的部件的尺寸。换句话说，由于为了便于说明而任意地示出附图中的部件的尺寸和厚度，因此本文公开的发明构思不限于此。
根据实施方式，聚合物由式1表示：
<式1>
在式1中，
CY可以为具有2至30个碳原子且选择性地具有一个或多个杂原子的6元环基团至30元环基团，
该6元环基团至30元环基团可以包括未取代的或取代的C3-C30环烷基环、未取代的或取代的C3-C30杂环烷基环、未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
X1、X2和X4可以各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
X3可以为具有杂原子的重复单元，
X5-可以为阴离子官能团，
M+可以为阳离子，
G1和G2可以各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，其中-C6H5-为亚苯基，
A1和A2可以各自独立地为可交联官能团，
a可以为2至5的整数，
n1可以为1至100的整数，并且
n2可以为1至300的整数。
聚合物可以包括两个或更多个环状基团(CY)以便改善其机械性能，并且由于重复单元(X3)包括杂原子，聚合物的柔韧性也可以得到改善。因此，同时包括环状基团(CY)和包括杂原子的重复单元(X3)的聚合物可以能够调节聚合物的长度，从而提供改善的离子电导率以及热性能和机械性能。这里，可以容易地控制性能。因此，包括聚合物的电解质和锂电池也可以具有改善的性能。
在聚合物中，C3-C30环烷基环、C3-C30杂环烷基环、C6-C30芳基环、C2-C30杂芳基环和C1-C4亚烷基的取代基可以各自独立地为极性官能团，该极性官能团包括氢、卤素、未取代的或被卤素取代的C1-C20烷基、未取代的或被卤素取代的C2-C20烯基、未取代的或被卤素取代的C2-C20炔基、未取代的或被卤素取代的C3-C20环烯基、未取代的或被卤素取代的C3-C20杂环基、未取代的或被卤素取代的C6-C40芳基、未取代的或被卤素取代的C2-C40杂芳基或者一个或多个杂原子。
例如，包括一个或多个杂原子的极性官能团可以包括选自以下中的至少一种：-F，-Cl，-Br，-I，-C(＝O)OR16，-OR16，-OC(＝O)OR16，-R15OC(＝O)OR16，-C(＝O)R16，-R15C(＝O)R16，-OC(＝O)R16，-R15OC(＝O)R16，-C(＝O)-O-C(＝O)R16，-R15C(＝O)-O-C(＝O)R16，-SR16，-R15SR16，-SSR16，-R15SSR16，-S(＝O)R16，-R15S(＝O)R16，-R15C(＝S)R16，-R15C(＝S)SR16，-R15SO3R16，-SO3R16，-NNC(＝S)R16，-R15NNC(＝S)R16，-R15N＝C＝S，-NCO，-R15-NCO，-NO2，-R15NO2，-R15SO2R16，-SO2R16， 和以及由它们组成的组，
其中R11和R15可以各自独立地为未取代的或被卤素取代的C1-C20亚烷基；未取代的或被卤素取代的C2-C20亚烯基；未取代的或被卤素取代的C2-C20亚炔基；未取代的或被卤素取代的C3-C12亚环烷基；未取代的或被卤素取代的C6-C40亚芳基；未取代的或被卤素取代的C2-C40亚杂芳基；未取代的或被卤素取代的C7-C15烷基亚芳基；或者未取代的或被卤素取代的C7-C15亚芳烷基，并且
R12、R13、R14和R16可以各自独立地为氢；卤素；未取代的或被卤素取代的C1-C20烷基；未取代的或被卤素取代的C2-C20烯基；未取代的或被卤素取代的C2-C20炔基；未取代的或被卤素取代的C3-C12环烷基；未取代的或被卤素取代的C6-C40芳基；未取代的或被卤素取代的C2-C40杂芳基；未取代的或被卤素取代的C7-C15烷基芳基；未取代的或被卤素取代的C7-C15三烷基甲硅烷基；或者未取代的或被卤素取代的C7-C15芳烷基。
例如，各自包括在包括一个或多个杂原子的极性官能团中的烷基、烯基、炔基和环烷基、芳基、杂芳基、烷基芳基、三烷基甲硅烷基或芳烷基中的取代的卤素可以为氟(F)。
例如，由式1表示的聚合物可以由式2表示：
<式2>
在式2中，
CY1和CY2可以各自独立地为未取代的或取代的C6-C30环烷基环、未取代的或取代的C3-C30杂环烷基环、未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
W1、Y1、Y3、Z1和Z3可以各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
Y2和Z2可以各自独立地为具有杂原子的重复单元，
Y5-和Z4-可以各自独立地为阴离子官能团，
M+可以为阳离子，
G1和G2可以各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2可以各自独立地为可交联官能团，
n3可以为1至100的整数，并且
n4和n5可以各自独立地为1至300的整数。
例如，由式1表示的聚合物可以由式3表示：
<式3>
在式3中，
Ar1和Ar2可以各自独立地包括未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
W1、Y1、Y3、Z1和Z3可以各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
Y2和Z2可以各自独立地为具有杂原子的重复单元，
Y5-和Z4-可以各自独立地为阴离子官能团，
M+可以为阳离子，
G1和G2可以各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2可以各自独立地为可交联官能团，
n3可以为1至100的整数，并且
n4和n5可以各自独立地为1至300的整数。
例如，由式1表示的聚合物可以由式4表示：
<式4>
在式4中，R1、R2、R3、R4、R9和R10可以各自独立地为氢；卤素；未取代的或被卤素取代的C1-C5烷基；或者未取代的或被卤素取代的C6-C20芳基，
W1、R5、R7、R11和R13可以各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
R6和R12可以各自独立地为-R15-O-或-C(＝O)O-，
R15可以为未取代的或被卤素取代的C2-C10亚烷基，
Y5-和Z4-可以各自独立地为-SO3 -、-CO2 -或-P(＝O)(OH)O-，
Ma+和Mb+可以各自独立地为氢离子或碱金属阳离子，
G1和G2可以各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2可以各自独立地为可交联官能团，
n3可以为1至100的整数，并且
n4和n5可以各自独立地为1至300的整数。
例如，在聚合物中，未取代的或取代的C1-C4亚烷基可以为未取代的或取代的亚甲基。未取代的或取代的C1-C4亚烷基的取代基可以为甲基、乙基等。例如，未取代的或取代的C1-C4亚烷基可以具体为二甲基亚甲基。
例如，在聚合物中，可交联官能团可以为未取代的或被卤素取代的乙烯基、未取代的或被卤素取代的烯丙基、未取代的或被卤素取代的乙炔基或者未取代的或被卤素取代的环氧基，其中卤素可以为例如氟(F)。
例如，聚合物中包括的含杂原子的连接基团可以为-O-、-S-、-S(＝O)-、-S(＝O)2-、-C(＝O)-、-Si(E1)(E2)-或-P(＝O)(E3)-，其中E1、E2和E3可以各自独立地为氢、卤素或者未取代的或被卤素取代的C1-C10烷基；或者未取代的或被卤素取代的C6-C20芳基。例如，聚合物可以由式5至式17中的一个表示：
<式5>
<式6>
<式7>
<式8>
<式9>
<式10>
<式11>
<式12>
<式13>
<式14>
<式15>
<式16>
<式17>
在以上式中，n6可以为2至100的整数，并且n7和n8可以各自独立地为2至300的整数。例如，n6可以为2至100的整数，并且n7和n8可以各自独立地为2至200的整数。例如，n6可以为2至100的整数，并且n7和n8可以各自独立地为2至100的整数。例如，n6可以为2至70的整数，并且n7和n8可以各自独立地为2至100的整数。例如，n6可以为5至50的整数，并且n7和n8可以各自独立地为10至100的整数。
如本文使用，术语“Ca-Cb”中的“a”和“b”表示特定官能团中的碳数。因此，官能团可以包括'a'至'b'个碳原子。例如，“C1-C4烷基”表示具有1至4个碳原子的烷基，并且C1-C4烷基的示例可以包括CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、(CH3)2CH-、CH3CH2CH2CH2-、CH3CH2CH(CH3)-和(CH3)3C-。
如本文使用的，取决于上下文，特定自由基可以指单自由基或双自由基。例如，当取代基需要两个用于与分子的其余部分结合的结合位点时，取代基可以理解为双自由基。例如，指定为需要两个结合位点的烷基的取代基可以为双自由基，比如–CH2–、–CH2CH2–或–CH2CH(CH3)CH2–。术语“亚烷基”表示意为双自由基的自由基。
如本文使用的，术语“烷基”或“亚烷基”指支链或非支链脂族烃基。例如，烷基可以被取代或不被取代。烷基的非限制性示例为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环丙基、环戊基、环己基和环庚基，它们各自可以可选地被取代或不被取代。在一些实施方式中，烷基可以具有1至6个碳原子。例如，C1-C6烷基可以为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、戊基、3-戊基、己基等，但不限于此。
如本文使用的，术语“环烷基”指完全饱和的碳环的环或环系。例如，环烷基可以指环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。
如本文使用的，术语“烯基”指包括2至20个碳原子的具有至少一个碳碳双键的烃基。烯基的非限制性示例为乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、环丙烯基、环戊烯基、环己烯基和环庚烯基。例如，这些烯基可以被取代或不被取代。例如，烯基可以具有2至40个碳原子。
如本文使用的，术语“炔基”指包括2至20个碳原子的具有至少一个碳碳三键的烃基。炔基的非限制性示例为乙炔基、1-丙炔基、1-丁炔基和2-丁炔基。例如，这些炔基可以被取代或不被取代。例如，炔基可以具有2至40个碳原子。
如本文使用的，术语“芳族的”指具有共轭π电子体系的环或环系，并且可以指碳环芳族基团(例如，苯基)和杂环芳族基团(例如，吡啶基)。例如，芳族环系作为整体可以包括单环或稠合多环(即，共享相邻原子对的环)。
如本文使用的，术语“芳基”指其骨架中仅包括碳原子的至少两个环的芳族环或环系(即，由至少两个环稠合的环，其共享两个或更多个相邻的碳原子)。当芳基为环系时，环系中的每个环可以为芳族的。芳基的非限制性示例为苯基、联苯基、萘基、菲基和并四苯基。这些芳基可以被取代或不被取代。
如本文使用的，术语“杂芳基”指具有一个或多个稠环的芳族环系，其中环的至少一个成员为杂原子，即不为碳。在稠合环系中，至少一个杂原子可以在一个环中。例如，杂原子可以为氧、硫或氮等。杂芳基的非限制性示例为呋喃基、噻吩基、咪唑基、喹唑啉基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、吡啶基、吡咯基、噁唑基和吲哚基。
如本文使用的，术语“芳烷基”或“烷基芳基”指通过亚烷基与取代基连接的芳基，比如C7-C14芳烷基。芳烷基或烷基芳基的非限制性示例为苄基、2-苯基乙基、3-苯基丙基和萘基烷基。例如，亚烷基可以为低级亚烷基(即，C1-C4亚烷基)。
如本文使用的，术语“环烯基”指具有至少一个双键的非芳族碳环的环或环系。例如，环烯基可以为环己烯基。
如本文使用的，术语“杂环基”指在其环状骨架中包括至少一个杂原子的非芳族环或环系。
如本文使用的，术语“卤素”指属于元素周期表17族的稳定原子，例如氟、氯、溴或碘。例如，卤素原子可以为氟和/或氯。
如本文使用的，取代基可以通过将未取代的母基团中的至少一个氢原子用另一个原子或官能团取代而得到。除非另有说明，否则取代的官能团指被至少一个选自以下的取代基取代的官能团：C1-C40烷基、C2-C40烯基、C3-C40环烷基、C3-C40环烯基、C1-C40烷基和C7-C40芳基。当官能团被“任选地”取代时，这意味着官能团可以被如上所列的这种取代基取代。
例如，通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量，相对于聚苯乙烯标准试样，聚合物的重均分子量可以在约5,000道尔顿至约300,000道尔顿的范围内。例如，聚合物的重均分子量可以在约5,000道尔顿至约200,000道尔顿的范围内。例如，聚合物的重均分子量可以在约5,000道尔顿至约100,000道尔顿的范围内。例如，聚合物的重均分子量可以在约10,000道尔顿至约100,000道尔顿的范围内。例如，聚合物的重均分子量可以在约15,000道尔顿至约100,000道尔顿的范围内。
例如，聚合物的玻璃化转变温度(Tg)可以为-20℃或更高。例如，聚合物的玻璃化转变温度Tg可以在约-15℃至约100℃的范围内。例如，聚合物的玻璃化转变温度Tg可以在约-10℃至约100℃的范围内。例如，聚合物的玻璃化转变温度Tg可以在约-10℃至约100℃的范围内。
根据另一个实施方式，电解质包括聚合物和锂盐。
然后，包括由式1至式17中的一个表示的聚合物的电解质可以能够提供改善的离子电导率以及热性能和机械性能。因此，包括电解质的锂电池也可以具有改善的性能。
在电解质中，锂盐中的锂与由式1至式17中的一个表示的聚合物的包括杂原子的重复单元的摩尔比可以在约1:1至约1:20的范围内。例如，在电解质中，LiTFSi与氧化乙烯重复单元((EO)n)的摩尔比可以在约1:1至约1:20的范围内([Li]:[EO]＝1:1至1:20)。例如，在电解质中，LiTFSi与氧化乙烯重复单元(EO)n的摩尔比可以在约1:2至约1:15的范围内([Li]:[EO]＝1:2至1:15)。例如，在电解质中，LiTFSi与氧化乙烯重复单元(EO)n的摩尔比可以在约1:2至约1:10的范围内([Li]:[EO]＝1:2至1:10)。例如，在电解质中，LiTFSi与氧化乙烯重复单元(EO)n的摩尔比可以在约1:3至约1:10的范围内([Li]:[EO]＝1:3至1:10)。
在电解质中，锂盐可以包括选自以下中的至少一种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N(LiFTSI)、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中2≤x≤20并且2≤y≤20)、LiCl和LiI，但实施方式不限于此，并且可以使用本领域中可用作电解质的锂盐的任何材料。例如，锂盐可以指LiTFSI。
包括由式1至式17中的一个表示的聚合物和锂盐的电解质可以为聚合物电解质，比如凝胶电解质或固体或液体电解质。当聚合物电解质不含有机溶剂或含有少量有机溶剂时，电解质可以为凝胶电解质或聚合物电解质。凝胶电解质或固体电解质可以能够实现自立式膜。固体电解质在电解质中基本上不含液体。换句话说，固体电解质不特意包括比如溶剂或离子液体的液体。
电解质可以任选地包括有机溶剂。包括在电解质中的有机溶剂可以为低沸点溶剂。低沸点溶剂指在约25℃的温度、1个大气压下沸点为约200℃或更低的溶剂。
例如，包括在电解质中的有机溶剂可以包括选自以下中的至少一种：碳酸二烷基酯、环状碳酸酯、直链或环状酯、直链或环状酰胺、脂环族腈、直链或环状醚及其衍生物。
在一个或多个实施方式中，有机溶剂可以包括选自以下中的至少一种：碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙腈、丁二腈(SN)、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、γ-戊内酯、γ-丁内酯、四氢呋喃等。然而，有机溶剂不限于此，并且可以为本领域可获得的任何低沸点溶剂。
电解质在约20℃的温度下可以具有约7×10-7S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质在约20℃的温度下可以具有约1×10-6S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质在约20℃的温度下可以具有约5.6×10-6S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质在约20℃的温度下可以具有约6×10-6S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质可以具有约7×10-6S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质在约20℃的温度下可以具有约7×10-5S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质可以具有约7×10-4S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质在约20℃的温度下可以具有约7×10-3S/cm或更高的离子电导率。例如，电解质可以具有约7×10-2S/cm或更高的离子电导率。
电解质可以进一步包括由式1至式17中的一个表示的聚合物的交联反应产物。此外，电解质可以包括通过式1至式17中的一个表示的聚合物的可交联官能团聚合的聚合产物。当电解质暴露于适当的交联条件，比如高温条件、UV辐射条件等时，可以产生聚合产物。
根据另一个实施方式，锂电池包括：阴极；阳极和设置在阴极和阳极之间的电解质，并且阴极、阳极和电解质中的至少一个可以包括根据上述实施方式的聚合物。锂电池可以为例如锂一次电池或锂二次电池，比如锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂硫电池等。进一步，锂电池包括：阴极；阳极和设置在阴极和阳极之间的电解质，并且阴极、阳极和电解质中的至少一个可以包括根据上述实施方式的聚合物，并且进一步包括由式1至式17中的一个表示的聚合物的交联反应产物。当电解质或包括电解质的锂电池暴露于适当的交联条件，比如高温条件、UV辐射条件等时，可以产生聚合产物。
例如，锂电池的阳极可以包括石墨。例如，锂电池中的阴极可以包括具有含镍层状结构的锂过渡金属氧化物。例如，锂电池可以具有约3.80V或更高的高电压。例如，锂电池可以具有约4.0V或更高的高电压。例如，锂电池可以具有约4.35V或更高的高电压。
锂电池可以包括由式1至式17中的一个表示的聚合物的聚合产物。例如，锂电池中的电解质可以包括通过由式1至式17中的一个表示的聚合物的可交联官能团聚合的聚合产物。当电解质暴露于高温条件等时，可以产生聚合产物。
例如，可以使用下面描述的方法制备锂电池。
首先，制备阴极。
例如，可以混合阴极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂以制备阴极活性材料组合物。阴极活性材料可以包括由式1至式17中的一个表示的聚合物。阴极活性材料组合物可以直接涂布在金属集电器上以制备阴极板。在一个实施方式中，阴极活性材料组合物可以浇铸在单独的支撑体上以形成阴极活性材料膜，然后该阴极活性材料膜可以与支撑体分离并层压在金属集电器上以制备阴极板。阴极可以为各种类型中的一种。
阴极活性材料可以为，例如，含锂金属氧化物等。例如，阴极活性材料可以为锂和选自钴、锰、镍及其组合的金属的至少一种复合氧化物。例如，阴极活性材料可以为由下式中的一个表示的化合物：LiaA1-bBbD2(其中0.90≤a≤1.8，且0≤b≤0.5)、LiaE1-bBbO2-cDc(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、LiE2-bBbO4-cDc(其中0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)、LiaNi1-b-cCobBcDα(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、LiaNi1-b-cMnbBcDα(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)、LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)、LiaNibEcGdO2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)、LiaNibCocMndGeO2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)、LiaNiGbO2(其中0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、LiaCoGbO2(其中0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、LiaMnGbO2(其中0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、LiaMn2GbO4(其中0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)、QO2、QS2、LiQS2、V2O5、LiV2O5、LiIO2、LiNiVO4、Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)、Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)和LiFePO4。
在上式中，A可以选自镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)及其组合的组，B可以选自铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土元素及其组合的组，D可以选自氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)及其组合的组，E可以选自钴(Co)、锰(Mn)及其组合的组，F可以选自氟(F)、硫(S)、磷(P)及其组合的组，G选自铝(Al)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镁(Mg)、镧(La)、铈(Ce)、锶(Sr)、钒(V)及其组合的组，Q可选自钛(Ti)、钼(Mo)、锰(Mn)及其组合的组，I可以选自铬(Cr)、钒(V)、铁(Fe)、钪(Sc)、钇(Y)及其组合的组，并且J可以选自钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)及其组合的组。
在一些实施方式中，阴极活性材料可以为LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1,2)、LiNi1-xMnxO2x(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5,0≤y≤0.5)或LiFePO4。
在其表面上具有涂层的含锂金属氧化物可用作阴极活性材料。在一个实施方式中，可以使用没有涂层的含锂金属氧化物和具有涂层的含锂金属氧化物的混合物。涂层可以包括至少一种选自以下的组的涂层元素的化合物：涂层元素的氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、氧碳酸盐和羟基碳酸盐。用于涂层的化合物可以为无定形的或结晶的。用于涂层的涂层元素可以为镁(Mg)、铝(Al)、钴(Co)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、硼(B)、砷(As)、锆(Zr)或其混合物。可以使用合适的方法形成涂层，当使用涂层元素的化合物时，该方法不会不利地影响阴极活性材料的物理性质。例如，涂层可以使用喷涂法、浸渍法等形成。这对于本领域技术人员来说是明显的，因此将省略其详细描述。
导电剂可以为例如炭黑或石墨微粒，或其他合适的导电剂。
粘合剂的示例为偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、它们的混合物、苯乙烯/丁二烯橡胶聚合物，或可用作粘合剂的其它合适材料。
溶剂的示例为N-甲基-吡咯烷酮、丙酮、水或可用作溶剂的其它合适材料。
阴极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂的量可以在合适的范围内。根据锂电池的用途和结构，可以不使用导电剂、粘合剂或溶剂。
接下来，可以制备阳极。
例如，可以混合阳极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂以制备阳极活性材料组合物。阳极活性材料组合物可以包括由式1至式17中的一个表示的聚合物。将阳极活性材料组合物直接涂布在金属集电器上并干燥以制备阳极板。在另一个实施方案中，可以将阳极活性材料组合物浇铸在单独的支撑体上以形成阳极活性材料膜，然后该阳极活性材料膜可以与支撑体分离并层压在金属集电器上以制备阳极板。
阳极活性材料可以为用于锂电池的合适的阳极活性材料。例如，阳极活性材料可以包括选自以下的组中的至少一种：锂金属、可与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物和碳质材料。
可与锂合金化的金属的示例为Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、XIII族元素、XIV族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，除了Si)和Sn-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、XIII族元素、XIV族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，除了Sn)。Y可以为镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、(Rf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、(Db)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、(Bh)、铁(Fe)、铅(Pb)、钌(Ru)、锇(Os)、(Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、锡(Sn)、铟(In)、钛(Ti)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)或其组合。
过渡金属氧化物的示例为锂钛氧化物、氧化钒、锂钒氧化物等。
例如，非过渡金属氧化物可以为SnO2或SiOx(0<x<2)。
碳质材料的示例为结晶碳、无定形碳及其混合物。结晶碳的示例为石墨，比如天然石墨或人造石墨，其为无形状、片状、薄片状、球状或纤维状形式的。无定形碳的示例为软碳(在低温下烧结的碳)、硬碳、中间相沥青碳化物、烧结软木等。
用于阳极活性材料组合物的导电剂、粘合剂和溶剂可以与用于阴极活性材料组合物的那些相同。
可以使用适合量的阳极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂。根据锂电池的用途和结构，可以不使用导电剂、粘合剂或溶剂。
接下来，可以制备要设置在阴极和阳极之间的隔膜。
隔膜可以为适用于锂电池的隔膜。隔膜可以具有对电解质中离子迁移的低阻力并且具有优异的电解质保持能力。隔膜的示例为玻璃纤维、聚酯、特氟龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合，它们中的每一种可以为非织造或织造织物。例如，包括聚乙烯或聚丙烯的可卷曲隔膜可用于锂离子电池。具有良好有机电解质溶液保持能力的隔膜可用于锂离子聚合物电池。例如，隔膜可以用以下方式制造。
可以将聚合物树脂、填料和溶剂混合在一起以制备隔膜组合物。然后，可以将隔膜组合物直接涂布在电极上，然后干燥以形成隔膜。在另一个实施方案中，可以将隔膜组合物浇铸在支撑体上，然后干燥以形成隔膜的膜，然后该隔膜的膜可与支撑体分离并层压在电极上以形成隔膜。
用于制造隔膜的聚合物树脂可以为用作用于电极板的粘合剂的合适材料。聚合物树脂的示例为偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯及其混合物。
接下来，可以制备前述实施方式中描述的电解质。
电解质可以为包括聚合物的聚合物电解质。取决于电解质的量，电解质可以为液体电极或固体电极。为了制备电解质，可以首先通过将锂盐与由式1至式17中的一个表示的聚合物混合来制备聚合物电解质组合物。例如，将由式1至式17中的一个表示的聚合物和锂盐加入到有机溶剂以制备聚合物电解质组合物。在将聚合物电解质组合物直接涂布在阴极或阳极上之后，然后可以除去溶剂，从而形成电解质膜。在一个或多个实施方式中，可以将聚合物电解质组合物浇铸在单独的支撑体上，然后可以除去溶剂。因此，电解质膜可以与支撑体分离。在一个或多个实施方式中，可以通过加热使聚合物熔融，然后可以向其中加入锂盐以形成聚合物电解质组合物。可以冷却聚合物电解质组合物以制备电解质膜而不使用有机溶剂。电解质不限于上述形式，并且可以为除了上述形式之外的形式。
电解质可以用隔膜浸渍。例如，电解质可以层压在隔膜上以形成层压结构。然后，可以压缩层压结构的两个表面以制备用隔膜浸渍的电解质。在一个或多个实施方式中，电解质可以设置在隔膜的至少一个表面上。例如，电解质膜可以设置在隔膜的一个表面或两个表面上以制备层压结构。在一个或多个实施方式中，可以使用电解质代替隔膜。例如，可以使用固体电解质膜代替隔膜。
参考图1，锂电池1包括阴极3、阳极2和隔膜4。电解质(未示出)可以浸渍到隔膜4中的孔中。然后，电池壳体5可以用有机电解质溶液填充，并且用盖组件6密封，从而完成锂电池1的制造。电池壳体5可以为例如圆柱型、矩型、薄膜型等。
隔膜可以插入于阴极和阳极之间以形成电池组件。在另一个实施方案中，电池组件可以堆叠成双电池结构并用电解质溶液浸渍。可以将所得物放入袋中并密封，从而完成锂电池的制造。
在一个或多个实施方式中，可以堆叠多个电池组件以形成电池组，该电池组可用于在高温下操作并且需要高输出的装置中，例如，膝上型计算机、智能电话或电动交通工具。
锂电池可以具有改善的寿命特性和高速率特性，因此可以适用于电动交通工具(EV)，例如，混合动力交通工具，比如插电式混合动力电动交通工具(PHEV)。锂电池可以适用于高功率存储领域，或者例如电动自行车或电动工具。
公开的模式
在下文中，将参考以下实施例详细描述本发明的一个或多个实施方式。然而，这些实施例不旨在限制本公开的一个或多个实施方式的范围。
(添加剂的合成)
实施例1：式5-1化合物的合成
<式5-1>
(合成方案)
第1步：
在氮气氛下将二甲基亚砜(DMSO)和苯加入到配有Dean-Stark分离器和冷凝器的圆底烧瓶中。然后，将1M 4-氟苯酚(FP)和1M K2CO3加入到混合溶液中，并在120℃的温度下进行反应3小时，从而得到4,4'-二氟联苯醚(FDPE)。
第2步：
在氮气氛下将DMSO和苯加入到配有Dean-Start分离器和冷凝器的圆底烧瓶中。然后，将1M 4,4'-FDPE、2M羟乙基(HE)(或羟基乙炔)和1M K2CO3加入到混合溶液中，并在100℃的温度下进行反应5小时，从而得到4,4'-乙炔基氧基联苯醚(EDPE)。
第3步：
在氮气氛下将1,2-二氯乙烷加入配有冷凝器的圆底烧瓶中。然后，将1M4,4'-EDPE、2.1M N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)和0.4M FeCl3加入混合溶液中，并在25℃的温度下进行反应12小时，从而获得乙炔基-3,3'-二溴联苯醚(EBDPE)。
第4步：
在氮气氛下将聚乙二醇(PEG)和ClSO3H加入到配有冷凝器的圆底烧瓶中，并在25℃的温度下进行反应6小时。然后，将1M LiOH加入到反应产物中，并将混合的反应产物在25℃的温度下搅拌24小时，从而获得磺酸锂-聚乙二醇(S-PEG)。
第5步：
在氮气氛下将二甲基乙酰胺(DMAc)和苯加入到配有Dean-Start分离器和冷凝器的圆底烧瓶中。然后，将1M EBDPE、2M S-PEG和1.2M K2CO3加入到混合溶液中，并在100℃的温度下进行反应6小时，从而获得式5-1的化合物。
实施例2：式5-2化合物的合成
除了将重复单元n6的值从4变为8之外，以与实施例1相同的方式制备式5-2的化合物。
<式5-2>
实施例3：式5-3化合物的合成
除了将重复单元n6的值从4变为16之外，以与实施例1相同的方式制备式5-3的化合物。
<式5-3>
实施例4：式5-4化合物的合成
除了将重复单元n6的值从4变为9并且将重复单元n7和n8的值从20变为50以外，以与实施例1相同的方式制备式5-4的化合物。
<式5-4>
实施例5：式5-5化合物的合成
除了将重复单元n6的值从4变为9并且将重复单元n7和n8的值从20变为70以外，以与实施例1相同的方式制备式5-5的化合物。
<式5-5>
实施例6：式9-1化合物的合成
除了将醚连接基团变为二甲基乙烷连接基团，并且将重复单元n6的值从4变为9并且将重复单元n7和n8的值从20变为50以外，以与实施例1相同的方式制备式9-1的化合物。
<式9-1>
实施例7：式6-1化合物的合成
除了将末端取代基从乙炔基变为三氟乙烯基，并且将重复单元n6的值从4变为9并且将重复单元n7和n8的值从20变为50以外，以与实施例1相同的方式制备式6-1的化合物。
<式6-1>
实施例8：式7-1化合物的合成
除了将末端取代基从乙炔基变为乙烯基，并且将重复单元n6的值从4变为9并且将重复单元n7和n8的值从20变为50以外，以与实施例1相同的方式制备式7-1的化合物。
<式7-1>
实施例9：式5-6化合物的合成
除了在第2步中使用HO-C6H5-C≡CH代替HO-C≡CH之外，以与实施例1相同的方式制备式5-6的化合物。
<式5-6>
比较例1：PEO
直接获得并使用聚氧化乙烯(PEO，Mw＝100,000，Aldrich，181986)。
(电解质的制备)
实施例10：式5-1且EO:Li＝6:1
将1.15g根据实施例1制备的式5-1化合物溶于50ml乙腈中，得到聚合物溶液。在此，向其中加入LiTFSi，使[EO]:[Li]的摩尔比为6:1。通过搅拌溶解混合溶液后，将所得物倒入特氟龙盘中，在室温下在干燥室中干燥2天，然后进一步真空干燥(60℃，过夜)，从而获得膜类型的离子导电聚合物电解质(下文称为电解质膜)，将溶剂从其中除去。所得电解质膜在25℃的温度下为固体，并且基本上不含溶剂。
<式5-1>
实施例11：式5-2的化合物(EO:Li＝6:1)
除了使用式5-2的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10中相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式5-2>
实施例12：式5-3，EO:Li＝6:1
除了使用式5-3的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式5-3>
实施例13：式5-4，EO:Li＝6:1
除了使用式5-4的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式5-4>
实施例14：式5-5，EO:Li＝6:1
除了使用式5-5的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式5-5>
实施例15：式9-1，EO:Li＝6:1
除了使用式9-1的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10中相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式9-1>
实施例16：式6-1，EO:Li＝6:1
除了使用式6-1的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式6-1>
实施例17：式7-1，EO:Li＝6:1
除了使用式7-1的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10中相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式7-1>
实施例18：式5-6，EO:Li＝6:1
除了使用式5-6的聚合物代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
<式5-6>
比较例2：PEO，EO:Li＝6:1
除了使用PEO(Mw＝100,000，Aldrich，181986)代替式5-1的聚合物之外，以与实施例10相同的方式制备电解质膜。所得电解质膜在25℃的温度下为固体。
(锂电池的制备)
实施例19
(阳极的制备)
将约98wt％的人造石墨(BSG-L，可从天津贝特瑞新能源科技有限公司获得)、约1.0wt％的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)粘合剂(可从ZEON获得)和约1.0wt％的羧甲基纤维素(CMC，可从NIPPON A&L获得)与蒸馏水混合并使用机械搅拌器搅拌约60分钟以制备阳极活性材料浆料。用刮刀将阳极活性材料浆料涂布在10μm厚的Cu集电器上达到约60μm的厚度。然后，将所得物在热空气干燥器中在约100℃的温度下干燥约0.5小时，然后在约120℃的温度下在真空中干燥4小时，接着进行辊压以制备阳极板。
(阴极的制备)
将约97.45wt％的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、约0.5wt％的作为导电剂的人造石墨(SFG6，可从Timcal获得)粉末、约0.7wt％的炭黑(科琴黑，可从ECP获得)、约0.25wt％的改性丙烯腈橡胶(BM-720H，可从Zeon Corporation获得)、约0.9wt％的聚偏二氟乙烯(PVdF，S6020，可从Solvay获得)和约0.2wt％的聚偏二氟乙烯(PVdF，S5130，可从Solvay获得)与作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮混合并搅拌约30分钟以制备阴极活性材料浆料。用刮刀将阴极活性材料浆料涂布在20μm厚的铝(Al)集电器上，达到约60μm的厚度。然后，将所得物在热空气干燥器中在约100℃下干燥约0.5小时，然后在约120℃下在真空中干燥4小时，接着进行辊压以制造阴极板。
将根据实施例10制备的电解质膜设置在阴极和阳极之间以制备锂电池。
实施例20至27
除了使用根据实施例11至18制备的每种电解质膜代替根据实施例10制备的电解质膜之外，以与实施例19相同的方式制造锂电池。
比较例3
除了使用根据比较例2制备的电解质膜代替根据实施例10制备的电解质膜之外，以与实施例19相同的方式制造锂电池。
评价例1：离子电导率的测量
为了测量电导率，首先根据二探针法使用阻抗分析仪(Solartron1260AImpedance/Gain-Phase Analyzer)在25℃的温度下测量根据实施例10至17和比较例2制备的每种电解质膜的阻抗。这里，电流密度为0.4A/cm2，振幅为±10mV，并且频率范围在约0.1Hz至约10KHz的范围内。基于从根据实施例10至17和比较例2制备的电解质膜获得的阻抗测量结果，得到其离子导电率。测量结果示于表1中。
评价例2：热稳定性的测量
使用动态扫描量热计(DSC)测量根据实施例10至17和比较例2制备的每种电解质膜的玻璃化转变温度Tg和分解温度(Td)。测量结果示于表1中。
评价例3：拉伸性能的测量
根据使用配有Berkovich压头作为压痕压头的装置(Hysitron公司的Triboindenter)的仪表化压痕测试，测量根据实施例10至17和比较例2制备的每种电解质膜的杨氏模量和硬度。测量结果示于表1中。
[表1]
如表1所示，基于比比较例2的电解质膜更高的玻璃化转变温度Tg、更高的分解温度Td和增加的硬度值，证实实施例10至17的电解质膜显示出改善的热特性和机械特性。
此外，实施例10至17的电解质膜显示出至少7.6×10-7S/cm的高离子电导率，并且取决于n6、n7和n8的值，能够控制离子电导率、杨氏模量、硬度和玻璃化转变温度Tg等。
评价例4：室温(25℃)下的充放电特性的评价
如下进行充电-放电循环：将根据实施例19至27制备的每个锂电池在约25℃下以0.2C倍率的恒定电流充电至约4.2V的电压，然后在约4.2V的恒定电压下充电至0.05C的电流(截止电流)，接着以0.2C的恒定电流放电，直到电压达到约2.85V(相对于Li)，从而检验锂电池的运行。
工业实用性
当使用包括具有新型结构的聚合物的电解质时，电解质可以具有改善的离子电导率以及热性能和机械性能。

Claims (15)

1.一种由式1表示的聚合物：
<式1>
其中，在式1中，
CY为具有2至30个碳原子且选择性地具有一个或多个杂原子的6元环基团至30元环基团，
所述6元环基团至30元环基团包括未取代的或取代的C3-C30环烷基环、未取代的或取代的C3-C30杂环烷基环、未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
X1、X2和X4各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
X3为具有杂原子的重复单元，
X5-为阴离子官能团，
M+为阳离子，
G1和G2各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2各自独立地为可交联官能团，
a为2至5的整数，
n1为1至100的整数，并且
n2为1至300的整数。
2.如权利要求1所述的聚合物，其中所述C3-C30环烷基环、所述C3-C30杂环烷基环、所述C6-C30芳基环、所述C2-C30杂芳基环和所述C1-C4亚烷基的取代基各自独立地为极性官能团，所述极性官能团包括氢、卤素、未取代的或被卤素取代的C1-C20烷基、未取代的或被卤素取代的C2-C20烯基、未取代的或被卤素取代的C2-C20炔基、未取代的或被卤素取代的C3-C20环烯基、未取代的或被卤素取代的C3-C20杂环基、未取代的或被卤素取代的C6-C40芳基、未取代的或被卤素取代的C2-C40杂芳基或者一个或多个杂原子。
3.如权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物由式2表示：
<式2>
其中，在式2中，
CY1和CY2各自独立地包括未取代的或取代的C6-C30环烷基环、未取代的或取代的C3-C30杂环烷基环、未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
W1、Y1、Y3、Z1和Z3各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
Y2和Z2各自独立地为具有杂原子的重复单元，
Y5-和Z4-各自独立地为阴离子官能团，
M+为阳离子，
G1和G2各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2各自独立地为可交联官能团，
n3为1至100的整数，并且
n4和n5各自独立地为1至300的整数。
4.如权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物由式3表示：
<式3>
其中，在式3中，
Ar1和Ar2各自独立地包括未取代的或取代的C6-C30芳基环或者未取代的或取代的C2-C30杂芳基环，
W1、Y1、Y3、Z1和Z3各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
Y2和Z2各自独立地为具有杂原子的重复单元，
Y5-和Z4-各自独立地为阴离子官能团，
M+为阳离子，
G1和G2各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2各自独立地为可交联官能团，
n3为1至100的整数，并且
n4和n5各自独立地为1至300的整数。
5.如权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物由式4表示：
<式4>
其中，在式4中，
R1、R2、R3、R4、R9和R10各自独立地为氢；卤素；未取代的或被卤素取代的C1-C5烷基；或者未取代的或被卤素取代的C6-C20芳基，
W1、R5、R7、R11和R13各自独立地为共价键；未取代的或取代的C1-C4亚烷基；或含杂原子的连接基团，
R6和R12各自独立地为-R15-O-或-C(＝O)O-，
R15为未取代的或被卤素取代的C2-C10亚烷基，
Y5-和Z4-各自独立地为-SO3 -、-CO2 -或-P(＝O)(OH)O-，
Ma+和Mb+各自独立地为氢离子或碱金属阳离子，
G1和G2各自独立地为-O-、-S-或-O-C6H5-，
A1和A2各自独立地为可交联官能团，
n3为1至100的整数，并且
n4和n5各自独立地为1至300的整数。
6.如权利要求1所述的聚合物，其中所述可交联官能团为未取代的或被卤素取代的乙烯基、未取代的或被卤素取代的芳基、未取代的或被卤素取代的乙炔基或者未取代的或被卤素取代的环氧基。
7.如权利要求1所述的聚合物，其中所述含杂原子的连接基团为-O-、-S-、-S(＝O)-、-S(＝O)2-、-C(＝O)-、-Si(E1)(E2)-或-P(＝O)(E3)-，并且E1、E2和E3各自独立地为氢、卤素或者未取代的或被卤素取代的C1-C10烷基；或者未取代的或被卤素取代的C6-C20芳基。
8.如权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物由式5至式17中的一个表示：
<式5>
<式6>
<式7>
<式8>
<式9>
<式10>
<式11>
<式12>
<式13>
<式14>
<式15>
<式16>
<式17>
其中，在上面的式中，
n6为1至100的整数，并且
n7和n8各自独立地为2至300的整数。
9.如权利要求1所述的聚合物，其中通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量，相对于聚苯乙烯参比试样，所述聚合物的重均分子量在5,000至300,000的范围内。
10.如权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物的玻璃化转变温度为至少-20℃。
11.一种电解质，包括：
如权利要求1所述的聚合物；和
锂盐。
12.如权利要求11所述的电解质，其中所述锂盐包括选自以下中的一种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(2≤x≤20,2≤y≤20)、LiCl和LiI。
13.如权利要求11所述的电解质，其中所述电解质在20℃的温度下具有至少7×10-7S/cm的离子电导率。
14.如权利要求11所述的电解质，其中所述电解质进一步包括所述聚合物交联反应的产物。
15.一种锂电池，包括：
阴极；
阳极；和
位于所述阴极和所述阳极之间的电解质，
其中选自所述阴极、所述阳极和所述电解质中的至少一种包括如权利要求1所述的聚合物及其交联产物中的至少一种。
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