硅氧烷共聚物和包含这种硅氧烷共聚物的固体聚合物电解质制造技术

一种用于形成固体聚合物电解质膜的有机硅聚醚，所述有机硅聚醚包含杂环部分。所述包含杂环部分的有机硅聚醚可用于提供适用于电化学装置的电解质组合物。所述包含杂环部分的有机硅聚醚也可用于形成固体聚合物电解质，所述固体聚合物电解质可用于形成固体聚合物电解质膜，所述膜可适用于电化学装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅氧烷共聚物和包含这种硅氧烷共聚物的固体聚合物电解质相关申请的交叉引用本申请要求于2015年7月30日提交的题为“硅氧烷共聚物和包含这种硅氧烷共聚物的固体聚合物电解质”的美国临时申请62/198,890号的优先权和权益，其公开内容通过引用其全文并入本文。
本专利技术涉及有机硅聚醚、包含该有机硅聚醚的电解质以及包含该电解质的电化学装置。更特别地，本专利技术涉及具有侧挂在硅原子上的杂环部分的有机硅聚醚。包含所述有机硅聚醚的电解质组合物具有高的离子电导率，并且可以形成适用于各种尺寸的电化学装置(例如，锂离子电池)且用于广泛应用的膜。
技术介绍
离子导电材料用于各种电化学装置，包括原电池、二次电池、太阳能电容器、传感器、电化学显示器等。常见的离子导电材料是使用含有锂盐的烷基碳酸酯基液体的混合物的电解质。这些材料能够在阳极和阴极周围形成钝化膜，从而使电池有效地起作用。锂离子电池中使用的大多数已知的离子导电电解质是液体，其由于泄漏可能在电池应用中造成问题。这就要求使用更昂贵的金属容器来防止泄漏，此外也增加了制造它们的成本。另外，这样的电解质材料也可能是高反应性和易燃的，这可能会造成安全问题，特别是如果所述电池过度充电到125℃以上的温度。如聚合物电解质和凝胶电解质(在此统称为固体聚合物电解质或SPE)的固体电解质材料已经开发用作电池应用中的导电材料。固体聚合物电解质具有优异的特性，包括成膜性能、柔性、轻质、弹性和透明度。这些材料也并未表现出与其它离子导电材料相关的泄漏，并且可以防止在正极和负极材料的反复使用和短路过程中的电池容量降低。固体聚合物电解质还可以表现出高的充电/放电效率，其除了成膜能力之外还允许这些材料用于不同尺寸和形状的各种类型的电池中。使用固体聚合物电解质技术的常规电池目前使用用有机碳酸酯溶剂溶胀的多孔聚(偏氟乙烯)(PVdF)膜。然而，这些膜由于有限的生命周期可能会造成可燃性危害和缺陷。已经寻求替代的电解质溶剂。聚合物通常具有差的离子电导率。聚环氧乙烷具有约10-6S/cm的离子电导率。已经研究了有机硅聚醚作为电解质溶剂候选物，但是许多有机硅聚醚具有小于10-3S/cm的离子电导率，这对于包括例如锂离子电池在内的许多电池应用可能不是可用的。因此，需要开发克服了常规电解质技术缺陷的改进的电解质候选物。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供了一种新型的有机硅聚醚。另一方面，本专利技术提供了包含这种有机硅聚醚的电解质组合物。所述电解质组合物可表现出优异的离子电导率。一方面，所述有机硅聚醚是包含杂环部分的有机硅聚醚。所述杂环部分可以是，例如糠基部分、磷杂环戊烷部分、噻吩烷部分或吡咯烷酮部分。一方面，所述有机硅聚醚选自式(1)的硅烷：或式(2)的硅氧烷：其中R1和R2独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；R3是C1-C10亚烷基；每出现的R4、R5和R6独立地选自氢或C1-C10烷基；R7是C2-C10亚烷基；R8是C1-C10亚烷基；R9是C1-C10烷基；R10是C1-C10亚烷基；R11和R12独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；X选自O、S、N-R14或P-R15，其中R14和R15独立地选自H或C1-C10烷基；和n是2-50。一方面，本专利技术提供了一种包含糠基部分的有机硅聚醚。所述包含糠基部分的有机硅聚醚可以是硅烷或硅氧烷基化合物。在一个实施方案中，所述有机硅聚醚是式(3)的聚醚、式(4)的聚醚、或其组合：其中R1和R2独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；R3是C1-C10亚烷基；每出现的R4、R5和R6独立地选自氢或C1-C10烷基；R7是C2-C10亚烷基；R8是C1-C10亚烷基；R9是C1-C10烷基；R10是C1-C10亚烷基；R11和R12独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；和n是2-50。一方面，本专利技术提供了一种电解质组合物，其包含(i)式(1)、式(2)的有机硅聚醚或其两种或更多种的组合；和(ii)盐。在一个实施方案中，所述电解质组合物可以包含固体聚合物和任选的增塑剂，并且可适于提供固体聚合物电解质膜。另一方面，本专利技术提供了一种电化学装置，其包含由电解质组合物形成的固体聚合物电解质膜，所述电解质组合物包含(i)式(1)、式(2)表示的有机硅聚醚或其两种或更多种的组合，(ii)盐，(iii)固体聚合物，和(iv)任选的增塑剂。根据一个实施方案，所述增塑剂包含碳酸烷基酯、环状碳酸酯、甘醇二甲醚、聚亚烷基二醇二烷基醚或其两种或更多种的组合。根据一个实施方案，所述增塑剂包含选自如下的烷基碳酸酯：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯或其两种或更多种的组合。根据一个实施方案，所述增塑剂包含比率为约3：1至约1：1的两种烷基碳酸酯的混合物。根据一个实施方案，所述盐是锂盐。根据一个实施方案，所述电解质组合物包含约40至约95重量％的式(1)、式(2)的有机硅聚醚或其两种或更多种的组合，和约5至约60重量％的增塑剂，其包含基于所述增塑剂的重量计约5至约20重量％的量的盐。根据一个实施方案，本专利技术提供了由这种固体聚合物电解质组合物制成的固体聚合物电解质膜。根据一个实施方案，所述膜具有约1.0x10-5S/cm-1或更大，约1.0x10-4S/cm-1或更达，或甚至约1.0x10-3S/cm-1或更大的的离子电导率。根据另一方面，本专利技术提供了包含这种固体聚合物电解质膜的电化学装置。根据一个实施方案，本专利技术提供了由这种固体聚合物电解质组合物形成的膜。根据一个实施方案，电化学装置包含这样的膜。本专利技术的这些和其它方面参考以下附图和详细描述可以进一步理解。具体实施方式本专利技术提供了有机硅聚醚和包含这样的材料的电解质组合物。本专利技术的有机硅聚醚和包含所述有机硅聚醚的电解质组合物表现出优异的离子电导率。一方面，所述有机硅聚醚是包含杂环部分的有机硅聚醚。所述有机硅聚醚可以是硅烷或硅氧烷。所述杂环部分可以是，例如糠基部分、磷杂环戊烷部分、噻吩烷部分或吡咯烷酮部分。所述有机硅聚醚可以表示为式(1)的硅烷：或式(2)的硅氧烷：其中R1和R2独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；R3是C1-C10亚烷基；每出现的R4、R5和R6独立地选自氢或C1-C10烷基；R7是C2-C10亚烷基；R8是C1-C10亚烷基；R9是C1-C10烷基；R10是C1-C10亚烷基；R11和R12独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；X选自O、S、N-R14或P-R15，其中R14和R15选自H或C1-C10烷基；和n是2-50。在实施方案中，X是氧，且所述有机硅聚醚选自式(3)和/或式(4)的化合物：或式(2)的硅氧烷：其中R1-R9可以如上述描述。在实施方案中，在式(1)、式(2)、式(3)或式(4)中任一个的化合物中，R4、R5和R6各自为氢。在实施方案中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种下式的有机硅聚醚：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 US 62/198,8901.一种下式的有机硅聚醚：其中R1和R2独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；R3是C1-C10亚烷基；每出现的R4、R5和R6独立地选自氢或C1-C10烷基；R7是C2-C10亚烷基；R8是C1-C10亚烷基；R9是C1-C10烷基；R10是C1-C10亚烷基；R11和R12独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；X选自O、S、N-R14或P-R15，其中R14和R15独立地选自氢或C1-C10烷基；和n是2-50。2.根据权利要求1所述的式(1)的有机硅聚醚，其中R4、R5和R6各自是氢。3.根据权利要求1或2所述的式(1)的有机硅聚醚，其中R1和R2独立地选自甲基、乙基、丙基或丁基。4.根据权利要求1或2所述的式(1)的有机硅聚醚，其中R1和R2各自是甲基。5.根据权利要求1所述的式(1)的有机硅聚醚，其中R4、R5和R6各自是氢，且R1和R2各自是甲基。6.根据权利要求1所述的式(2)的有机硅聚醚，其中R4、R5和R6各自是氢。7.根据权利要求1或6所述的式(2)的有机硅聚醚，其中R1、R2、R11和R12独立地选自甲基、乙基、丙基或丁基。8.根据权利要求1或6所述的式(2)的有机硅聚醚，其中R1、R2、R11和R12各自是甲基。9.根据权利要求1所述的式(2)的有机硅聚醚，其中R4、R5和R6各自是氢，且R1、R2、R11和R12各自是甲基。10.根据权利要求1-9中任一项所述的有机硅聚醚，其中X是O。11.根据权利要求1所述的有机硅聚醚，其中所述有机硅聚醚选自：或其组合。12.一种电解质组合物，其包含(i)有机硅聚醚，和(ii)盐，所述有机硅聚醚选自下式的化合物：或其两种或更多种的组合；其中R1和R2独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；R3是C1-C10亚烷基；每出现的R4、R5和R6独立地选自氢或C1-C10烷基；R7是C2-C10亚烷基；R8是C1-C10亚烷基；R9是C1-C10烷基；R10是C1-C10亚烷基；R11和R12独立地选自C1-C10烷基、C6-C30芳基或式–OR13的烷氧基，其中R13是C1-C10烷基；X选自O、S、N-R14或P-R15，其中R14和R15独立地选自H或C1-C10烷基；和n是2-50的整数。13.根据权利要求12所述的组合物，其中在式(1)的有机硅聚醚中R4、R5和R6各自是氢。14.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡蒂凯杨·希瓦苏布拉马尼亚姆，尼拉·古谱塔，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US