聚合物电解质和包括该聚合物电解质的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种聚合物电解质，其包括锂盐和包含氟取代的或未取代的聚次烷基醚重复单元的共聚物，并且本发明专利技术还涉及一种包括所述聚合物电解质的锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物电解质和包括该聚合物电解质的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2016年9月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2016-113354号以及于2017年9月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2017-0112015号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本专利技术涉及具有改善的离子导电性的聚合物电解质和包括该聚合物电解质的锂二次电池。
技术介绍
在储能技术的应用扩展到手机、摄像机、笔记本电脑和电动汽车的同时，对电池的研究和开发工作已经逐步具体化，电化学装置在这方面备受关注。具体地说，与电子装置的最新趋势相一致，一直在不断地努力开发具有尺寸小和重量轻的特点并且能够充放电以具有高容量的锂二次电池。锂二次电池由包括能够嵌入/脱嵌锂离子的电极活性材料的正极和负极、设置在正极和负极之间的隔板、以及作为锂离子传输介质的电解质组成。目前使用的电解质是液体电解质，其中锂盐溶解于有机溶剂中，其中，由于电解质有泄漏、着火和爆炸的高风险，并且有枝晶(dendrite)生长的可能，因此电解质可能会导致锂电池的自放电和发热。为了改善以上缺点，最近已尝试对聚合物电解质而非液体电解质进行了各种研究，所述聚合物电解质具有其中锂盐在聚合物中被解离或浸渍的结构。由于相较于使用液体电解质的情形，聚合物电解质没有着火的风险，因此众所周知的是，聚合物电解质适用于电动汽车或大型蓄电池的锂二次电池。包括在主链中具有离子离解能力的聚环氧乙烷或聚醚在内的电解质主要被提出作为聚合物电解质。然而，聚合物电解质具有以下缺点：其在室温和低温下具有低的离子导电性，并且具有4.0V或以下的氧化稳定性。此外，在聚合物电解质与其他导电材料复合使用的情况下，不利的是：锂(Li)离子迁移数彼此不同，导致电极表面上的离子迁移不均匀。因此，需要开发一种在降低界面电阻的同时可一并改善机械性能和离子导电性的具有新配置的聚合物电解质。现有技术文献NitashP.Balsara,ChemistryofMaterials,2015,27(2),597-603。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供一种具有改善的离子导电性的聚合物电解质。本专利技术的另一方面提供一种锂二次电池，其中电化学稳定性和寿命特性藉由包括本专利技术的聚合物电解质而得到改善。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种聚合物电解质，包括：锂盐；和由式1表示的共聚物：[式1]其中，在式1中，R1和R2各自独立地为具有1至4个碳原子的氟取代的或未取代的次烷基，m、n和o的每一个为重复单元的数目，m为1至10的整数，n为1至10的整数，且o为1至500的整数。由式1表示的共聚物与锂盐的重量比可在7:3至9.5:0.5的范围内。此外，由式1表示的共聚物可包括选自由式1a至1c表示的化合物构成的组中的至少一种：[式1a][式1b][式1c]其中，在式1a至1c中，m、n和o的每一个为重复单元的数目，m为1至10的整数，n为1至10的整数，且o为1至500的整数。具体地说，由式1表示的共聚物可包括由式2表示的共聚物：[式2]其中，在式2中，R’1和R’2各自独立地为具有1至4个碳原子的氟取代的或未取代的次烷基，R3是氢、或具有1至6个碳原子的烷基，R4是具有1至6个碳原子的次烷基，R5是具有1至5个碳原子的次烷基，或-CO-NH-R6-NH-CO-O-，R6是脂族烃基、脂环烃基、或芳香烃基，m1、n1和o1的每一个为重复单元的数目，m1为1至10的整数，n1为1至10的整数，且o1为1至500的整数。在这种情况下，脂族烃基可包括：具有1至20个碳原子的次烷基；包含异氰酸酯基(NCO)的具有1至20个碳原子的次烷基；具有1至20个碳原子的次烷氧基；具有2至20个碳原子的次烯基；或具有2至20个碳原子的次炔基，脂环烃基可包括：具有4至20个碳原子的取代或未取代的次环烷基；包含异氰酸酯基(NCO)的具有4至20个碳原子的取代或未取代的次环烷基；具有4至20个碳原子的次环烯基；或具有2至20个碳原子的次杂环烷基，芳香烃基可包括：具有6至20个碳原子的取代或未取代的次芳香基；或具有2至20个碳原子的次杂芳香基。由式2表示的共聚物可包括选自由式2a至2c表示的共聚物构成的组中的至少一种：[式2a]其中，在式2a中，m2、n2和o2的每一个为重复单元的数目，m2为1至10的整数，n2为1至10的整数，且o2为1至500的整数，[式2b]其中，在式2b中，m3、n3和o3的每一个为重复单元的数目，m3为1至10的整数，n3为1至10的整数，且o3为1至500的整数，[式2c]其中，在式2c中，m4、n4和o4的每一个为重复单元的数目，m4为1至10的整数，n4为1至10的整数，且o4为1至500的整数。由式2表示的共聚物可具有200g/mol至100,000g/mol的重均分子量(Mw)。此外，本专利技术的聚合物电解质可进一步包括陶瓷电解质。所述陶瓷电解质可包括选自由以下构成的组的单一材料：选自由磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂和磷酸锗铝锂构成的组的磷酸基电解质；选自由SiS2(LixSiySz)-基玻璃、P2S5(LixPySz)-基玻璃、硫代磷酸锗锂和锂磷硫化物-基玻璃构成的组的硫化物基电解质；钛酸镧锂；氮化锂；锆酸镧锂；和氧化钽，或它们中的两种或更多种的混合物。在这种情况下，由式2表示的共聚物与所述陶瓷电解质的重量比可在1:0.1至1:9的范围内。此外，本专利技术的聚合物电解质可进一步包括无机颗粒。无机颗粒可包括选自由Al2O3、BaTiO3、SnO2、CeO2、SiO2、TiO2、Li3PO4、NiO、ZnO、MgO、Mg(OH)2、CaO、ZrO2、Y2O3、Pb(Zr,Ti)O3、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT,其中,0<x<1且0<y<1)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3、和二氧化铪构成的组中的单一材料，或它们中的两种或更多种的混合物。在这种情况下，由式2表示的共聚物与所述无机颗粒的重量比可在1:0.1至1:7.0的范围内。此外，本专利技术的聚合物电解质可进一步包括增塑剂。所述增塑剂可包括碳酸酯类化合物、内酯类化合物、烷基醚类化合物、烷基乙酸酯类化合物、和烷基丙酸酯类化合物中的至少一种化合物，并且，在这种情况下，由式2表示的共聚物与所述增塑剂的重量比可在1:0.1至1:0.5的范围内。根据本专利技术的另一方面，提供一种锂二次电池，包括正极、负极、以及形成在正极和负极的至少一个表面上的聚合物电解质，其中所述聚合物电解质包括本专利技术的聚合物电解质。所述聚合物电解质可设置在正极和负极的至少一个表面上。此外，所述锂二次电池可包括隔板，并且，在这种情况下，所述聚合物电解质可设置在正极、负极和隔板的至少一个表面上。有益效果在本专利技术中，可制备出一种聚合物电解质，其中藉由包括包含氟取代的或未取代的聚次烷基醚重复单元的共聚物而获得高离子导电性，此外，藉由包括所述聚合物电解质可制备出具有改善的电化学稳定性和寿命特性的锂二次电池。附图说明本说明书所附的以下附图通过举例图解了本专利技术的优选实施例，并且与下文给出的本专利技术的详细描述一起用于使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物电解质，包括：锂盐；和由式1表示的共聚物：[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.02 KR 10-2016-01133541.一种聚合物电解质，包括：锂盐；和由式1表示的共聚物：[式1]其中，在式1中，R1和R2各自独立地为具有1至4个碳原子的氟取代的或未取代的次烷基，m、n和o的每一个为重复单元的数目，m为1至10的整数，n为1至10的整数，且o为1至500的整数。2.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中由式1表示的共聚物与所述锂盐的重量比在7:3至9.5:0.5的范围内。3.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中由式1表示的共聚物包括选自由式1a至1c表示的化合物构成的组中的至少一种化合物：[式1a][式1b][式1c]其中，在式1a至1c中，m、n和o的每一个为重复单元的数目，m为1至10的整数，n为1至10的整数，且o为1至500的整数。4.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中由式1表示的共聚物包括由式2表示的共聚物：[式2]其中，在式2中，R’1和R’2各自独立地为具有1至4个碳原子的氟取代的或未取代的次烷基，R3是氢、或具有1至6个碳原子的烷基，R4是具有1至6个碳原子的次烷基，R5是具有1至5个碳原子的次烷基，或-CO-NH-R6-NH-CO-O-，R6是脂族烃基、脂环烃基、或芳香烃基，m1、n1和o1的每一个为重复单元的数目，m1为1至10的整数，n1为1至10的整数，且o1为1至500的整数。5.根据权利要求4所述的聚合物电解质，其中所述脂族烃基包括：具有1至20个碳原子的次烷基；包含异氰酸酯基(NCO)的具有1至20个碳原子的次烷基；具有1至20个碳原子的次烷氧基；具有2至20个碳原子的次烯基；或具有2至20个碳原子的次炔基，所述脂环烃基包括：具有4至20个碳原子的取代或未取代的次环烷基；包含异氰酸酯基(NCO)的具有4至20个碳原子的取代或未取代的次环烷基；具有4至20个碳原子的次环烯基；或具有2至20个碳原子的次杂环烷基，并且所述芳香烃基包括：具有6至20个碳原子的取代或未取代的次芳香基；或具有2至20个碳原子的次杂芳香基。6.根据权利要求4所述的聚合物电解质，其中由式2表示的共聚物包括选自由式2a至2c表示的共聚物构成的组中的至少一种：[式2a]其中，在式2a中，m2、n2和o2的每一个为重...

【专利技术属性】
技术研发人员：安庆昊，朴卛智，李正勳，李哲行，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR