包括导电相和交联的网络相的共连续微区的聚合物电解质膜(PEMs)。所述导电相可包括一种或多种玻璃化转变温度低于室温的聚合物。所述交联的网络相可由至少一种单官能单体和至少一种二官能或更多官能的单体形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】聚合物电解质膜 相关申请 本申请要求2013年5月24日提交的美国临时专利申请61/827, 301的权益。[000引专利技术背景 固态裡离子电池的未来需要投资材料研究W产生可确保所需的安全性、循环能力和用 于实施的高功率密度的电解质。在电池中使用纯金属裡阳极得到高能量密度，但是可损害 电池的安全、长期操作。常规的液体电解质在使用中与金属裡阳极的使用不相容，因为它们 允许裡枝晶生长，运可导致爆炸失效。已显示高模量电解质可抑制枝晶生长，但是它们的刚 性通常不能提供实际应用所需的高离子电导率。因此，需要用于固态裡离子电池的新的电 解质。[000引专利技术概述 公开了包括导电相和交联的网络相的共连续微区的聚合物电解质膜（PEM)。所述导电 相可包括一种或多种玻璃化转变溫度低于室溫的聚合物。所述交联的网络相可由至少一种 单官能单体和至少一种二官能或更多官能的单体形成。 还公开了包括阳极、阴极和在阳极和阴极之间布置的阳M的电池。所述阳M可包 括导电相和交联的网络相的共连续微区。所述导电相可包括一种或多种玻璃化转变溫度低 于室溫的聚合物。所述交联的网络相可由至少一种单官能单体和至少一种二官能或更多官 能的单体形成。 还公开了形成聚合物电解质膜的方法。所述方法可包括形成反应混合物，所述反 应混合物包括至少大分子链转移剂、单官能单体和二官能或更多官能的单体；和由所述反 应混合物形成聚合物电解质膜。 阅读W下详细说明，运些和各种其它特征和优点将显而易见。 附图简述 图1包括所公开的聚合物电解质膜（PEM)样品的一个代表性实例的照片（图la);在 共连续的形态中W约10nm长度尺度存在的组成异质性的示意性表示（图化）；与离子液 体混合的连续导电相的示意性表示（图Ic);和连续的交联网络相的示意性表示（图Id)。 图2为用于合成所公开的PEM和其中可使用的示例性离子液体的化学反应的一个 实例。 图3显示使用5和28kDa聚（环氧乙烧）（阳0)和各种浓度的离子液体BM口FSI 审恪的PEM样品的小角X-射线散射（SAX巧数据。 图4a和4b显示使用5(图4a)和28kDa(图4b)聚（环氧乙烧）（阳0)和各 种浓度的离子液体BM口FSI制备的阳M样品的SAXS数据。 图5显示使用28kDa聚（环氧乙烧）（阳0)和各种浓度的离子液体EMITFSI制 备的阳M样品的SAXS数据。 图6显示具有5kg/mol阳O-CTA和4/1摩尔比的丙締腊/二乙締基苯和各种浓 度的BM口FSI的阳M的SAXS数据。 图7曰、7b、7c、7d、7e和7f为不具有离子液体的5kDaPEO的低（图7a)和高（图 7b)放大；具有5体积％离子液体的5kDaPEO的低（图7c)和高（图7d)放大；和不具有 离子液体的28kDaPEO的低（图Te)和高（图7f)放大。 图8a、8b和8c为低放大透射电子显微照片灯EM)(图8a) ;TEM显微照片的相应 的傅里叶变换（FT)(图8b);和通过强度FT相对q的方位角积分产生的一维图（图8c)。[001引图9a和9b为在浸蚀前28kg/mol阳O-CTA和21体积％BM口FSI样品的TEM;和 在用57重量％含水氨舰酸浸蚀PEO和BM口FSI后，样品的扫描电子显微照片（SEM)。 图10为在使用57重量％氨舰酸浸蚀出PEO/离子液体之前（插图）和之后（主 面板），比较使用28kg/mol阳O-CTA和21体积％BM口FSI制备的样品的沈MS。 图Ila显示由不含离子液体和具有21体积％BM口FSI的28kg/mol阳O-CTA审。 备的聚合物电解质膜样品的TEM;和图1化显示其相应的傅里叶变换（FT)分析。[001引图12为显示包括不同量的BM口FSI的5kDa和28kDa样品的电导率随着溫度变化的图。 图13为具有5和28kDa阳0和30体积％BM口FSI的两个阳M样品的离子电导 率的Arrhenius和Vogel-Fulcher-Tammann图。 图14为显示与通过方程1给出的预测相比，使用28kg/mol阳O-CTA和21体积％ BM口SFA制备的阳M样品的电导率的图。 图15为LiTFSI/MBITFSI在5kg/mol阳O-CTA阳M中的混合物的离子电导率的 图。 图16显示离子液体BM口FSI在使用5kg/mol阳O-CTA(32重量％)加上丙締腊 (AN)和二乙締基苯值VB) (4/1摩尔比AN/DVB)制备的PEM样品中的离子电导率。 图I7和IS为显示由5kgmo^l(图1了）和28kgmo^l(图1S)制备的PEM 样品的机械响应的线性粘弹性总曲线（TfW=25°C)。 图19a和19b显示在游离CTA和没有阳O-CTA存在下苯乙締和二乙締基苯的聚合 产物的照片（图19a)W及在游离CTA和5kgmo^l阳O-OH存在下苯乙締和二乙締基苯 的聚合产物的照片（图19b)。 各图不必按比例。用于图的相同的数字指相同的部件。然而，应理解的是，在给定 的图中使用数字来提及部件不旨在限制在使用相同数字标记的另一个图中的部件。[002引专利技术详述 在W下描述中，参考附图组，附图形成其一部分，并且其中通过说明若干具体实施方案 来显示。应理解的是，预期其它实施方案，并且在不偏离本公开的范围或精神下可W进行其 它实施方案。因此，W下详细说明不采用限制性含义。 除非另外指示，否则表述在说明书和权利要求中使用的特征尺寸、量和物理性质 的所有数字应理解为在所有情况下被术语"约"修饰。因此，除非指示相反的情况，否则在 前述说明书和附属的权利要求中描述的数字参数为近似值，其可根据利用本文公开的教导 的技术人员寻求得到的性质而变化。 通过端点陈述数字范围包括归入该范围内的所有数字（例如，1-5包括1、1. 5、2、 2. 75、3、3. 80、4和5)和在该范围内的任何范围。 除非内容明显另外规定，否则在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式 "一个"、"一"和"该"包括具有复数对象的实施方案。除非内容明显另外规定，否则在本说 明书和所附权利要求书中使用的术语"或"通常W其包括"和/或"的含义使用。 "包括"、"包括"或类似术语意味着包括但不限于，也就是，包括并且非排他的。 本文公开了制品、制备所述制品的方法W及包括所述制品的制品或装置。所公开 的制品可W指聚合物、嵌段聚合物，甚至更具体地，嵌段共聚物。所述制品还可通过说明性 预期用途来提及，作为膜用于电池。因此，所述制品可称为聚合物膜、聚合物电解质膜（PEM) 或嵌段聚合物电解质膜。应注意到短语聚合物电解质膜或PEM在本文可用于指包括和不包 括离子物类二种情况的膜。本文公开的嵌段聚合物膜可呈现微区的共连续性，W实现高机 械模量和高离子电导率的前所未有的二重性。另一方面，先前利用的线性二嵌段共聚物依 赖高玻璃化转变溫度相W赋予期望的机械性质。与此相反，交联的所公开的PEM由于网络 结构的刚性而在所有溫度下获得高模量的益处。此外，在形成嵌段聚合物时同时可发生交 联，并且限制形成的微相分离微区长大产生共连续形态。最后，通过渗入在导电路径的渗透 网络中支持高电导率的离子液体添加剂，已超越先前利用的类似系统的电导率。[003引所公开的PEM可描述为含有导电相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜包含导电相和交联的网络相的共连续微区，其中所述导电相包含一种或多种玻璃化转变温度低于室温的聚合物；和所述交联的网络相由至少一种单官能单体和至少一种二官能或更多官能的单体形成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：MA希尔迈尔，TP罗奇，LD麦金托什，MW舒尔策，
申请(专利权)人：明尼苏达大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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