用于锂电池的交联互穿网络嵌段共聚物电解质制造技术

描述了一种新的固体嵌段共聚物电解质材料。该材料具有构成结构域的第一结构聚合物嵌段，该结构域具有在25℃大于1x10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂电池的交联互穿网络嵌段共聚物电解质相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月5日提交的美国临时专利申请62/304,209的优先权，该美国临时专利申请通过引用被合并到本文中。专利技术背景专利
本专利技术通常涉及用于锂电池的电解质，并且，更具体地，涉及具有增加的机械强度的高电导率固体聚合物电解质。随着全球对移动电话、笔记本电脑和其它消费电子产品等技术产品的需求逐步扩大，对可充电电池的需求也突飞猛进地增长。此外，对可充电电池的兴趣受到了当前开发绿色技术例如电网负载均衡装置和电动车辆的努力的推动，这为具有高能量密度的可充电电池创造了巨大的潜在市场。锂离子电池代表了便携式电子设备中最受欢迎的类型的充电电池之一。锂离子电池提供高能量和功率密度，不使用时电荷损失缓慢，并且不会受到记忆效应的影响。由于许多好处，包括高能量密度，锂离子电池也越来越多地用于国防、航空航天、备份存储和运输应用。电解质是锂离子可充电电池的重要组成部分。在放电过程中，电解质是电极间离子流动的介质，因为负极材料被氧化，产生电子，并且正极材料被还原，消耗电子。电子作为电流流过外部电路。传统的锂离子可充电电池使用非聚合物液体电解质。锂离子电池中的示例性液体电解质由在有机溶剂如碳酸烷基酯中的锂盐(如LiPF6、LiBF4或LiClO4)组成。虽然非聚合物液体电解质主导了当前的锂基技术，但固体聚合物电解质可能构成锂基电池的下一波发展。固体聚合物电解质可充电电池对锂离子电池技术特别有吸引力，因为除了其它优点外，聚合物电解质具有高热稳定性、低自放电率、在广泛的环境条件下稳定运行、增强的安全性、电池配置的灵活性、最小的环境影响以及低的材料和加工成本。固体聚合物电解质已经受到特殊地关注，部分原因是它们对新的形状因素和包装方法的适应性，正如最近便携式电子产品电池的薄的真空密封袋状电池设计中所看到的那样。聚合物基质的交联或热固性已经被用来增强固体电解质的机械强度(mechanicalrobustness)。然而，在交联之后，电解质不再流动并且不溶，从而严重限制了后续的可加工性以及电解质与其它电池部件和包装的集成。并且不幸的是，交联倾向于降低离子电导率。一种方法是使用嵌段共聚物电解质材料。一种这样的材料使用PEO(聚环氧乙烷)嵌段以及机械刚性嵌段如聚苯乙烯。但是对于这种电解质，刚性和电导率之间存在折衷。刚性随着刚性嵌段比例的增加而增加。但是刚性嵌段比例的增加是以降低PEO嵌段比例为代价的，这降低了离子电导率。因此，通过增加交联或通过更大比例的机械嵌段(在嵌段共聚物电解质中)来增加机械强度是以降低电导率为代价的。强烈需要具有高离子电导率与高机械强度以及与锂的低反应性相结合的固体聚合物电解质材料。附图简述当结合附图阅读时，本领域技术人员将从以下说明性实施方案的描述中容易地理解上述方面和其它方面。图1A是示例性的二嵌段共聚物分子的简化图。图1B是多个如图1A中所示的二嵌段共聚物分子被布置为形成域结构(domainstructure)的简化图。图1C是多个如图1B中所示的域结构被布置为形成多个重复的域，从而形成连续的纳米结构嵌段共聚物材料(nanostructuredblockcopolymermaterial)的简化图。图2A是示例性的三嵌段共聚物分子的简化图，其中两个嵌段是相同的。图2B是多个如图2A中所示的三嵌段共聚物分子被布置为形成域结构的简化图。图2C是多个如图2B中所示的域结构被布置为形成多个重复的域，从而形成连续的纳米结构嵌段共聚物材料的简化图。图3A是示例性的三嵌段共聚物分子的简化图，其中没有两个嵌段是相同的。图3B是多个如图3A中所示的三嵌段共聚物分子被布置为形成域结构的简化图。图3C是多个如图3B中所示的域结构被布置为形成多个重复的域，从而形成连续的纳米结构嵌段共聚物材料的简化图。图4是根据本专利技术的实施方案的嵌段共聚物的示意图，该嵌段共聚物在一些域中具有交联互穿聚合物网络(crosslinkedinterpenetratingpolymernetwork)。图5为根据本专利技术的实施方案的电化学电池的横截面示意图。概述公开了一种电解质材料。在本专利技术的一个实施方案中，电解质材料具有第一域，第一域具有在25℃大于1x107Pa的模量。第一域包括多个第一聚合物嵌段。还存在与第一域相邻的第二域，其形成电解质材料的离子导电部分。第二域包括多个第二聚合物嵌段和盐。在第二域内还存在第三聚合物的交联互穿网络。在一些布置中，第一域和第二域是层状的域。在一种布置中，第二域构成电解质材料的至少50％(按体积计)。在另一种布置中，第二域构成电解质材料的至少75％(按体积计)。电解质材料可具有在90℃至少1x10-5Scm-1的离子电导率。电解质材料可以是包括第一聚合物嵌段和第二聚合物嵌段的二嵌段共聚物或三嵌段共聚物。在本专利技术的一个实施方案中，第一聚合物是选自由以下组成的组的一种或更多种：聚苯乙烯、氢化聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基环己烷、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PXE)、聚烯烃类(polyolefins)、聚(叔丁基乙烯基醚)、聚(甲基丙烯酸环己酯)、聚(环己基乙烯基醚)、聚乙烯、聚(苯醚)、聚(苯硫醚砜)、聚(苯硫醚酮)、聚(苯硫醚酰胺)、聚砜、聚氟烃类(polyfluorocarbons)以及含有苯乙烯、甲基丙烯酸酯和/或乙烯基吡啶的共聚物。在本专利技术的一个实施方案中，第二聚合物是选自由以下组成的组的一种或更多种：聚醚类、聚胺类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、碳酸烷基酯类、聚腈类、聚硅氧烷类、聚膦嗪类(polyphosphazines)、聚烯烃类、聚二烯类及其组合。在另一种布置中，第二聚合物是离子导电梳状聚合物，其包括主链和侧基(pendantgroup)。主链可以是以下中的一种或更多种：聚硅氧烷类、聚膦嗪类、聚醚类、聚二烯类、聚烯烃类、聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、及其组合。侧接物(pendant)可以是以下中的一种或更多种：低聚醚类、被取代的低聚醚类、腈基、砜类、硫醇类、聚醚类、聚胺类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、碳酸烷基酯类、聚腈类、其它极性基团及其组合。在本专利技术的一个实施方案中，第三聚合物是与第二聚合物可混溶的，并且是以下中的一种或更多种：聚(环氧乙烷-共-烯丙基缩水甘油醚)、聚(甲基丙烯酸甲酯-嵌段-烯丙基缩水甘油醚)、聚[烯丙胺-b-(环氧乙烷-共-烯丙基缩水甘油醚)]、聚[氧基二苯醚-均苯四甲酰亚胺-b-(环氧乙烷-共-烯丙基缩水甘油醚)](poly[oxydiphenylene-pyromellitimide-b-(ethyleneoxide-co-allylglycidylether)])、聚[邻苯二甲酰胺-b-(环氧乙烷-共-烯丙基缩水甘油醚)](poly[pthalamide-b-(ethyleneoxide-co-allylglycidylether])、聚(碳酸亚乙烯酯-b-乙烯基甲基硅氧烷)、聚(碳酸亚乙烯酯-b-二乙烯基硅氧烷)、聚[丙烯腈-b-(苯乙烯-共-烯丙氧基苯乙烯)]、聚(丙烯腈-b-异戊二烯)、聚(乙烯基甲基硅氧烷-b-环氧乙烷)、聚[二甲基硅氧烷-b-(环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解质材料，包含：第一域，其具有在25℃大于1x107Pa的模量，所述第一域包含多个第一聚合物嵌段；以及第二域，其形成所述电解质材料的离子导电部分，所述第二域与所述第一域相邻，所述第二域包含：多个第二聚合物嵌段和盐；以及第三聚合物的交联互穿网络。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.05 US 62/304,2091.一种电解质材料，包含：第一域，其具有在25℃大于1x107Pa的模量，所述第一域包含多个第一聚合物嵌段；以及第二域，其形成所述电解质材料的离子导电部分，所述第二域与所述第一域相邻，所述第二域包含：多个第二聚合物嵌段和盐；以及第三聚合物的交联互穿网络。2.如权利要求1所述的电解质材料，其中所述第一域和所述第二域是层状的域。3.如权利要求1所述的电解质材料，其中所述电解质材料具有在90℃至少1x10-5Scm-1的离子电导率。4.如权利要求1所述的电解质材料，其中所述电解质材料包含二嵌段共聚物或三嵌段共聚物。5.如权利要求1所述的电解质材料，其中所述第二域占所述电解质材料的按体积计至少50％。6.如权利要求1所述的电解质材料，其中所述第二域占所述电解质材料的按体积计至少75％。7.如权利要求1所述的电解质材料，其中第一聚合物是选自由以下组成的组的一种或更多种：聚苯乙烯、氢化聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基环己烷、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PXE)、聚烯烃类、聚(叔丁基乙烯基醚)、聚(甲基丙烯酸环己酯)、聚(环己基乙烯基醚)、聚乙烯、聚(苯醚)、聚(苯硫醚砜)、聚(苯硫醚酮)、聚(苯硫醚酰胺)、聚砜、聚氟烃类以及含有苯乙烯、甲基丙烯酸酯和/或乙烯基吡啶的共聚物。8.如权利要求1所述的电解质材料，其中第二聚合物是选自由以下组成的组的一种或更多种：聚醚类、聚胺类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、碳酸烷基酯类、聚腈类、聚硅氧烷类、聚膦嗪类、聚烯烃类、聚二烯类及其组合。9.如权利要求1所述的电解质材料，其中第二聚合物包含离子导电梳状聚合物，其中所述梳状聚合物包含主链和侧基。10.如权利要求9所述的电解质材料，其中所述主链包含选自由以下组成的组的一种或更多种：聚硅氧烷类、聚膦嗪类、聚醚类、聚二烯类、聚烯烃类、聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类及其组合。11.如权利要求9所述的电解质材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·B·埃陶尼，乔纳森·皮斯托里诺，拉塞尔·普拉特，库兰戴维路·斯瓦南丹，
申请(专利权)人：西奥公司，
类型：发明
国别省市：美国,US