聚电解质与储能元件制造技术

本发明专利技术公开了一种聚电解质与储能元件，所述聚电解质包括第一链段以及第二链段，其中第一链段结构为式(1)与式(2)中至少之一；第二链段结构为式(3)与式(4)中至少之一。所述聚电解质会进行微相分离而形成纳米等级有序的自组装微结构。

【技术实现步骤摘要】
聚电解质与储能元件
本专利技术涉及一种储能技术，尤其是涉及一种聚电解质以及储能元件。
技术介绍
随着人们对于高功率和高能量密度的锂二次电池需求不断地提高，越来越多研究单位致力于提升其安全性及稳定性。又由于人们对于便携型电子产品依赖度提升，并且期望增加电化学储能装置在车辆、不断电系统等中的应用，锂二次电池的安全性必须进一步被严格要求，特别是用于高空飞行的飞机或是航天飞机等。目前对于安全性的相关研究通常专注于发展阻燃添加剂、固态电解质或是新电解液系统等，这些都是为了要改善液态电解液的种种问题并增加电化学储能元件的热稳定性，并且期望能有效减少或是完全不使用高挥发性、易燃的有机溶剂。固态电解质中的聚电解质为阴离子或阳离子以共价键连接于高分子的重复单元上，又称单离子导体(SingleIonConductor，SIC)。由于阴离子或阳离子固定在高分子链上，此离子并不会造成浓度梯度变化，可以降低盐类沉积于电极或隔离膜的可能性，延长元件循环特性。上述聚电解质虽然可以抑制锂金属的沉积穿刺，增加锂电池安全性，并且在尺寸及形状上可弹性制备，适用于各种锂电池，但其较差的离子导电度(固态高分子电解质为～10-5S/cm，单离子导体为～10-6S/cm)一直阻碍其应用与商业化。
技术实现思路
本专利技术的聚电解质包括第一链段以及第二链段，其中第一链段结构为式(1)与式(2)中至少之一；第二链段结构为式(3)与式(4)中至少之一。式(1)中，R1～R8各自独立为H、F或n＝1～10，x＝1～1000。式(2)中，R9～R11各自独立为H、F或R12为R13为R14为H、或-CN，n＝1～10，y＝1～1000。所述第二链段结构为式(3)与式(4)其中至少之一。式(3)中，R15～R17各自独立为H、F或R18～R19为R20为SO3-M+、PO4-M+或COO-M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，p＝1～500。式(4)中，R21～R23各自独立为H、F或R24～R28各自独立为H、F、且R24～R28中至少一个为R29为R30为SO3-M+、PO4-M+或COO-M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，q＝1～500。在本专利技术的一实施例中，所述第一链段与所述第二链段是交错、重复或随机排列的。在本专利技术的一实施例中，所述第一链段的分子量在10000～90000之间。在本专利技术的一实施例中，所述第二链段的分子量在10000～30000之间。在本专利技术的一实施例中，所述第一链段分子重复单元x或y为300～900。在本专利技术的一实施例中，所述第二链段分子重复单元p或q为50～200。在本专利技术的一实施例中，所述聚电解质，在室温、不含任何溶剂或电解液的情形下，离子导电度大于10-5S/cm。本专利技术的另一聚电解质包括第一链段、第二链段以及第三链段，且所述第三链段在所述第一链段与所述第二链段之间。其中，第一链段结构为上式(1)与式(2)中至少之一，第二链段结构为上式(3)与上式(4)中至少之一，而第三链段结构为式(5)。式(5)中，R31～R36各自独立为H、F或n＝1～10，w＝1～500。在本专利技术的另一实施例中，所述第一链段、所述第二链段与所述第三链段是交错、重复或随机排列的。在本专利技术的另一实施例中，所述第一链段的分子量在10000～90000之间。在本专利技术的另一实施例中，所述第二链段的分子量在10000～30000之间。在本专利技术的另一实施例中，所述第三链段的分子量在10000～20000之间。在本专利技术的另一实施例中，所述第一链段分子重复单元x或y为300～900。在本专利技术的另一实施例中，所述第二链段分子重复单元p或q为50～200。在本专利技术的另一实施例中，所述第三链段分子重复单元w为100～400。在本专利技术的另一实施例中，所述聚电解质，在室温、不含任何溶剂或电解液的情形下，离子导电度大于10-5S/cm。本专利技术的储能元件则包括上述聚电解质，其中聚电解质是通过混合、涂布、包覆或添加，应用于所述储能元件内。在本专利技术的再一实施例中，所述储能元件包括锂离子一次电池、锂离子二次电池、电容器、超级电容器、燃料电池、金属硫电池或金属空气电池。在本专利技术的再一实施例中，所述储能元件还包括在所述聚电解质中添加的塑化剂。在本专利技术的再一实施例中，所述塑化剂包括邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(bis(2-ethylhexyl)phthalate，BEHP)、邻苯二甲酸二丁酯(Dibutylphthalate，DBP)或邻苯二甲酸二异丁酯(Diisobutylphthalate，DIBP)。在本专利技术的再一实施例中，所述储能元件还包括在所述聚电解质中添加的高介电系数溶剂或液态电解液。在本专利技术的再一实施例中，所述高介电系数溶剂包括碳酸丙烯酯(Propylenecarbonate，PC)、碳酸乙烯酯(Ethylenecarbonate，EC)、碳酸二乙酯(Diethylcarbonate，DEC)、碳酸二甲酯(Dimethylcarbonate，DEC)、或碳酸甲基乙基酯(Ethylmethylcarbonate，EMC)。在本专利技术的再一实施例中，所述液态电解液包括所述高介电系数溶剂与溶在所述高介电系数溶剂的锂盐。在本专利技术的再一实施例中，所述锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4或双三氟甲磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)。基于上述，通过本专利技术的聚电解质，能减少储能元件中易挥发、易燃的电解液的使用，甚至完全不用。而且，在室温下不含任何电解液的情形下，本专利技术的聚电解质仍然具有～10-5S/cm的离子导电度，且在具有少量电解液的情形下可以有～10-4S/cm的离子导电度。这种聚电解质可应用于电化学储能元件，有效排除或降低电解液的使用，大幅提升电化学储能元件的特性。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，并配合所附附图进行详细说明。附图说明图1是依照本专利技术的一实施例的一种储能元件的示意图；图2是实验1的核磁共振氢谱图；图3是实验1中含塑化剂的聚电解质的透射电镜(TEM)切片照片；图4是实验2的凝胶渗透层析图；图5是实验2的核磁共振氢谱图；图6是实验2中不含塑化剂和电解液的聚电解质的TEM切片照片；图7是实验3的未接液晶反应物的聚电解质的凝胶渗透层析图；图8是实验3的未接液晶反应物的聚电解质的核磁共振氢谱图；图9是实验3的含液晶反应物的聚电解质的核磁共振氢谱图；图10是实验3的含液晶反应物的聚电解质的核磁共振氢谱图；图11是实验3的末端官能基分别为PIOSCLCN、PIOSCLC6和PIOSCLC的聚电解质的TEM切片照片；图12是实验4的凝胶渗透层析图；图13是实验4的核磁共振氢谱图；图14是实验4中不含塑化剂和电解液的聚电解质的TEM切片照片。【附图标记说明】100：储能元件。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的聚电解质包括第一链段以及第二链段，其中第一链段结构为式(1)与式(2)中至少之一；第二链段结构为式(3)与式(4)中至少之一。所述第一链段的分子量(MW)例如在10000～90000之间；所述第二链段的分子量例如在10000～30000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚电解质，包括第一链段以及第二链段，其特征在于所述第一链段结构为式(1)与式(2)其中至少之一：式(1)中，R1～R8各自独立为H、F或n＝1～10，x＝1～1000；式(2)中，R9～R11各自独立为H、F或R12为R13为R14为H、或‑CN，n＝1～10，y＝1～1000；所述第二链段结构为式(3)与式(4)其中至少之一：式(3)中，R15～R17各自独立为H、F或R18～R19为R20为SO3‑M+、PO4‑M+或COO‑M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，p＝1～500；式(4)中，R21～R23各自独立为H、F或R24～R28各自独立为H、F、或且R24～R28中至少一个为R29为R30为SO3‑M+、PO4‑M+或COO‑M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，q＝1～500。

【技术特征摘要】
2013.12.31 TW 102149147;2014.12.24 TW 1031452201.一种聚电解质，包括第一链段以及第二链段，其特征在于所述第一链段结构为式(2)：式(2)中，R9～R11各自独立为H、F或R12为R13为R14为H、或-CN，n＝1～10，y＝1～1000；所述第二链段结构为式(3)与式(4)其中至少之一：式(3)中，R15～R17各自独立为H、F或R18～R19为R20为SO3-M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，p＝1～500；式(4)中，R21～R23各自独立为H、F或R24～R28各自独立为H、F、且R24～R28中至少一个为R29为R30为SO3-M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，q＝1～500。2.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段与所述第二链段是交错、重复或随机排列的。3.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段的分子量在10000～90000之间。4.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第二链段的分子量在10000～30000之间。5.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段分子重复单元y为300～900。6.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第二链段分子重复单元p或q为50～200。7.如权利要求1所述的聚电解质，其中所述聚电解质，在室温、不含任何溶剂或电解液的情形下，离子导电度大于10-5S/cm。8.一种聚电解质，包括第一链段、第二链段以及第三链段，且所述第三链段在所述第一链段与所述第二链段之间，其特征在于所述第一链段结构为式(2)：式(2)中，R9～R11各自独立为H、F或R12为R13为R14为H、或-CN，n＝1～10，y＝1～1000；所述第二链段结构为式(3)与式(4)其中至少之一：式(3)中，R15～R17各自独立为H、F或R18～R19为R20为SO3-M+，n＝1～10，M+为H+、Li+、Na+或K+，p＝1～500；式(4)中，R21～R23各自独立为H、F或R24～R28各自独立为H、F、且R24～R28中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵崇翔，蔡丽端，方家振，张志清，赵基扬，刘昆霖，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71