聚電解質(zhì)與儲(chǔ)能元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是涉及一種聚電解質(zhì)以及儲(chǔ)能元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對(duì)于高功率和高能量密度的鋰二次電池需求不斷地提高，越來(lái)越多研宄 單位致力于提升其安全性及穩(wěn)定性。又由于人們對(duì)于便攜型電子產(chǎn)品依賴度提升，并且期 望增加電化學(xué)儲(chǔ)能裝置在車(chē)輛、不斷電系統(tǒng)等中的應(yīng)用，鋰二次電池的安全性必須進(jìn)一步 被嚴(yán)格要求，特別是用于高空飛行的飛機(jī)或是航天飛機(jī)等。目前對(duì)于安全性的相關(guān)研宄通 常專注于發(fā)展阻燃添加劑、固態(tài)電解質(zhì)或是新電解液系統(tǒng)等，這些都是為了要改善液態(tài)電 解液的種種問(wèn)題并增加電化學(xué)儲(chǔ)能元件的熱穩(wěn)定性，并且期望能有效減少或是完全不使用 高揮發(fā)性、易燃的有機(jī)溶劑。
[0003] 固態(tài)電解質(zhì)中的聚電解質(zhì)為陰離子或陽(yáng)離子以共價(jià)鍵連接于高分子的重復(fù)單元 上，又稱單離子導(dǎo)體（Single Ion Conductor，SIC)。由于陰離子或陽(yáng)離子固定在高分子鏈 上，此離子并不會(huì)造成濃度梯度變化，可以降低鹽類(lèi)沉積于電極或隔離膜的可能性，延長(zhǎng)元 件循環(huán)特性。
[0004] 上述聚電解質(zhì)雖然可以抑制鋰金屬的沉積穿刺，增加鋰電池安全性，并且在尺寸 及形狀上可彈性制備，適用于各種鋰電池，但其較差的離子導(dǎo)電度（固態(tài)高分子電解質(zhì) 為~1(T 5S/Cm，單離子導(dǎo)體為~1(T6S/Cm) -直阻礙其應(yīng)用與商業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的聚電解質(zhì)包括第一鏈段以及第二鏈段，其中第一鏈段結(jié)構(gòu)為式（1)與式 (2)中至少之一；第二鏈段結(jié)構(gòu)為式（3)與式（4)中至少之一。
[0006]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聚電解質(zhì)，包括第一鏈段以及第二鏈段，其特征在于 所述第一鏈段結(jié)構(gòu)為式（1)與式（2)其中至少之一：
式（1)中，札~R8各自獨(dú)立為H、F或
η = 1~10, X = 1~1000 ;
式⑵中，R9~R11各自獨(dú)立為H、F或
或-CN，η = 1 ~10, y = 1 ~1000 ; 所述第二鏈段結(jié)構(gòu)為式（3)與式（4)其中至少之一：
式⑶中，R15~R17各自獨(dú)立為H、F或
％S03-M+、P0 4_M+ 或 COCTM+，η = 1 ~10, M+為 H +、Li+、Na+或 K +，p = 1 ~500 ;
(4) 式⑷中，R21~R 23各自獨(dú)立為H、F或
，Rm~R 28各自獨(dú)立為H、F、
或
SO3If、PO4If 或 COO 】+，η = 1 ~10, M+為 H +、Li+、Na+或 K +，q = 1 ~500〇
2. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段與所述第二鏈段是交錯(cuò)、重復(fù)或 隨機(jī)排列的。
3. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段的分子量在10000~90000之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述第二鏈段的分子量在10000~30000之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段分子重復(fù)單元X或y為300~ 900 〇
6. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述第二鏈段分子重復(fù)單元p或q為50~200。
7. 如權(quán)利要求1所述的聚電解質(zhì)，其中所述聚電解質(zhì)，在室溫、不含任何溶劑或電解液 的情形下，離子導(dǎo)電度大于l(T5S/cm。
8. -種聚電解質(zhì)，包括第一鏈段、第二鏈段以及第三鏈段，且所述第三鏈段在所述第一 鏈段與所述第二鏈段之間，其特征在于 所述第一鏈段結(jié)構(gòu)為式（1)與式（2)其中至少之一：
式（1)中，札~R8各自獨(dú)立為H、F或
η = 1~10, X = 1~1000 ;
SO3If、PO4If或 COO lf，η = 1 ~10, M+為 H +、Li+、Na+或 K +，q = 1 ~500 ; 所述第三鏈段結(jié)構(gòu)為式（5):
式（5)中，R31~R36各自獨(dú)立為H、F或η = 1~10, w = 1~500。
11 ，
9. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段、所述第二鏈段與所述第三鏈段 是交錯(cuò)、重復(fù)或隨機(jī)排列的。
10. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段的分子量在10000~90000之
11. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第二鏈段的分子量在10000~30000之
12. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第三鏈段的分子量在10000~20000之 間。
13. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第一鏈段分子重復(fù)單元X或y為300~ 900 〇
14. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第二鏈段分子重復(fù)單元p或q為50~ 200 〇
15. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述第三鏈段分子重復(fù)單元w為100~400。
16. 如權(quán)利要求8所述的聚電解質(zhì)，其中所述聚電解質(zhì)，在室溫、不含任何溶劑或電解 液的情形下，離子導(dǎo)電度大于l(T5S/cm。
17. -種儲(chǔ)能元件，特征在于所述儲(chǔ)能元件包括如權(quán)利要求1至16任意一項(xiàng)所述的聚 電解質(zhì)，其中所述聚電解質(zhì)通過(guò)混合、涂布、包覆或添加應(yīng)用于所述儲(chǔ)能元件中。
18. 如權(quán)利要求17所述的儲(chǔ)能元件，其中所述儲(chǔ)能元件包括鋰離子一次電池、鋰離子 二次電池、電容器、超級(jí)電容器、燃料電池、金屬硫電池或金屬空氣電池。
19. 如權(quán)利要求17所述的儲(chǔ)能元件，還包括在所述聚電解質(zhì)中添加的塑化劑。
20. 如權(quán)利要求19所述的儲(chǔ)能元件，其中所述塑化劑包括鄰苯二甲酸二（2-乙基己 基）酯、鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二異丁酯。
21. 如權(quán)利要求17所述的儲(chǔ)能元件，還包括在所述聚電解質(zhì)中添加的高介電系數(shù)溶劑 或液態(tài)電解液。
22. 如權(quán)利要求21所述的儲(chǔ)能元件，其中所述高介電系數(shù)溶劑包括碳酸丙烯酯、碳酸 乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲基乙基酯。
23. 如權(quán)利要求21所述的儲(chǔ)能元件，其中所述液態(tài)電解液包括所述高介電系數(shù)溶劑與 溶于所述高介電系數(shù)溶劑的鋰鹽。
24. 如權(quán)利要求23所述的儲(chǔ)能元件，其中所述鋰鹽包括1^??6、1^8?4、1^(：10 4或1^了?51。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種聚電解質(zhì)與儲(chǔ)能元件，所述聚電解質(zhì)包括第一鏈段以及第二鏈段，其中第一鏈段結(jié)構(gòu)為式(1)與式(2)中至少之一；第二鏈段結(jié)構(gòu)為式(3)與式(4)中至少之一。所述聚電解質(zhì)會(huì)進(jìn)行微相分離而形成納米等級(jí)有序的自組裝微結(jié)構(gòu)。
【IPC分類(lèi)】H01M10-0565, H01M6-22, H01G11-56, H01M8-10, H01G9-025
【公開(kāi)號(hào)】CN104752762
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410833628
【發(fā)明人】趙崇翔, 蔡麗端, 方家振, 張志清, 趙基揚(yáng), 劉昆霖
【申請(qǐng)人】財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日
【公告號(hào)】US20150183897