固体聚合物电解质和包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高的机械强度和离子电导率的固体聚合物电解质，并且涉及一种包含所述固体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】固体聚合物电解质和包含其的锂二次电池
本申请要求于2017年3月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0030006号的优先权和权益，其全部内容通过引用被并入本文中。本专利技术涉及固体聚合物电解质和包含所述固体聚合物电解质的二次电池。
技术介绍
通常使用包含能够嵌入/脱嵌锂离子的电极活性材料的正极和负极以及作为锂离子的传递介质的电解质来制造锂二次电池。本领域中主要使用液态电解质特别是将盐溶解在非水有机溶剂中的离子导电性有机液体电解质作为电解质。然而，这样的液体电解质在操作期间有可能会泄漏，并且由于所使用的非水有机溶剂的高易燃性而具有引起着火、爆炸等的缺点。因此，为了克服液体电解质的稳定性问题，如下的锂二次电池最近受到了人们的关注：所述锂二次电池使用通过在聚合物中包含电解液和盐而防止电解液泄漏的凝胶聚合物电解质或仅由聚合物和盐形成的固体聚合物电解质。作为固体聚合物电解质中使用的聚合物，可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)类、聚丙烯腈(PAN)类、聚环氧乙烷(PEO)类、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)类、它们的混合物或它们的共聚物。同时，当使用低分子量的聚环氧乙烷聚合物制备固体聚合物电解质时，可以获得室温下的高离子电导率(σ)，然而，缺点在于由于聚合物与盐一起存在而引起的液化。结果是，在制备固体聚合物电解质时需要使用高分子量的聚环氧乙烷。然而，使用高分子量的聚环氧乙烷的缺点在于，尽管60℃以上的高温下的离子电导率相对较高，为10-4S/cm，但是室温下的离子电导率降低至10-5S/cm。换句话说，固体聚合物电解质中的锂离子迁移是通过聚合物的分段运动而发生的，并且在高分子量的聚环氧乙烷中，这样的运动由于高结晶度而受到限制，从而导致离子电导率下降。鉴于上述情况，需要开发一种固体聚合物电解质，所述固体聚合物电解质能够在使用聚环氧乙烷时通过抑制结晶度而在宽的温度范围内获得高的离子电导率和机械强度。[现有技术文献](专利文献1)日本特开第2015-529728号(专利文献2)美国专利第5,219,679号
技术实现思路
[技术问题]本专利技术的第一技术方面提供具有改善的离子电导率和机械性能的固体聚合物电解质。此外，本专利技术的第二技术方面提供锂二次电池，所述锂二次电池通过包含所述固体聚合物电解质而具有提高的电化学稳定性。[技术方案]鉴于以上所述，根据本专利技术的一个方面，提供一种固体聚合物电解质，所述固体聚合物电解质包含含有由以下化学式1表示的第一重复单元的聚合物。[化学式1]在化学式1中，R为氢或具有1至3个碳原子的烷基；并且a为1至800中的任一个整数。本专利技术的聚合物可以还包含由以下化学式2a表示的第二重复单元和由以下化学式2b表示的第三重复单元中的至少一种或多种重复单元。[化学式2a]在化学式2a中，R1为氢或具有1至3个碳原子的烷基；R2和R3各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基；b为1至800中的任一个整数；并且o为10至100中的任一个整数，[化学式2b]在化学式2b中，R4为氢或具有1至3个碳原子的烷基；R5至R9各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基；c为1至800中的任一个整数；并且o1至o4各自独立地为1至120中的任一个整数。在此，在化学式2a和化学式2b中，b和c各自独立地为50至300中的任一个整数，并且o1至o4各自独立地为10至100中的任一个整数。上述用于固体聚合物电解质的聚合物可以具有250至4000000、具体为40000至3000000、更具体为60000至500000的重均分子量(Mw)。此外，上述固体聚合物电解质可以还包含锂盐。基于上述固体聚合物电解质的总重量，上述锂盐的含量可以为10重量％至50重量％。本专利技术的这样的固体聚合物电解质的离子电导率(σ)在室温下(即在25℃至40℃的温度范围内)可以为5×10-5S/cm至5×10-4S/cm。根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含正极、负极和设置在正极与负极之间的本专利技术的固体聚合物电解质。[有益效果]根据本专利技术的一个实施方式的固体聚合物电解质通过包含具有被引入到侧链上的苯基的聚合物而能够确保高的机械强度。此外，通过包含具有被引入到侧链上的聚环氧乙烷基团的聚合物，根据本专利技术的一个实施方式的固体聚合物电解质能够通过降低固体聚合物电解质的结晶度来提高室温下的离子电导率。因此，使用这样的固体聚合物电解质可以制造具有提高的电化学稳定性的锂二次电池。附图说明图1是表示本专利技术的实施例13的固体聚合物电解质的循环伏安法分析结果的图。图2是表示比较例2的固体聚合物电解质的循环伏安法分析结果的图。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以便阐明本专利技术。在本说明书和权利要求书中使用的术语或短语不应被解释为限于普通或字典的意思，而应基于专利技术人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式解释本专利技术人的专利技术这一原则，解释为与本专利技术的主旨相一致的意思和概念。同时，在本专利技术中，除非特别提及，否则“*”表示相同原子或不同原子之间或者化学式的端部之间的连接部。本专利技术的一个实施方式提供一种固体聚合物电解质，所述固体聚合物电解质包含含有由以下化学式1表示的第一重复单元的聚合物。[化学式1]在化学式1中，R为氢或具有1至3个碳原子的烷基，a为1至800中的任一个整数，优选地为100至500中的任一个整数。与包含聚环氧乙烷作为主链的现有聚合物相比，通过包含具有位于侧链上的苯基的由化学式1表示的第一重复单元，根据一个实施方式的本专利技术的固体聚合物电解质能够确保更高的机械强度。在根据一个实施方式的本专利技术的固体聚合物电解质中，除了由化学式1表示的第一重复单元以外，所述聚合物可以还包含由以下化学式2a表示的第二重复单元和由化学式2b表示的第三重复单元中的至少一种或多种重复单元。[化学式2a]在化学式2a中，R1为氢或具有1至3个碳原子的烷基，R2和R3各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基，b为1至800中的任一个整数，优选地为50至300中的任一个整数，并且o为1至120中的任一个整数，优选地为10至100中的任一个整数。[化学式2b]在化学式2b中，R4为氢或具有1至3个碳原子的烷基，R5至R9各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基，c为1至800中的任一个整数，优选地为50至300中的任一个整数，并且o1至o4各自独立地为1至120中的任一个整数，优选地为10至100中的任一个整数。当表示本专利技术的聚合物中的重复单元数的b和c存在于上述范围内时，可以获得提高离子电导率的效果。当b和c小于上述范围时，提高离子电导率的效果不明显，而当b和c大于上述范围时，物理强度变弱并且不会形成膜，并且聚合物也会液化而显示出流动性。此外，当o小于10时，聚合物在形成膜时变形为流动的液体，而当o大于100时，出现结晶，导致离子电导率提高的效果不明显。通常，包含诸如N、O和S的元素的聚合物与Li离子配位并且已知会影响离子电导率。换句话说，通过包含含有具有被引入到侧链上的苯基的由化学式1表示的第一重复单元的聚合物，本专利技术的固体聚合物电解质能够提高离子电导率和物理强度。此外，通过包含含有在侧链引入尽管提供锂离子传导路径但由于液化而无法使用的低分子量的聚环氧乙烷基团的由化学式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体聚合物电解质，其包含含有由以下化学式1表示的第一重复单元的聚合物：[化学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.09 KR 10-2017-00300061.一种固体聚合物电解质，其包含含有由以下化学式1表示的第一重复单元的聚合物：[化学式1]其中，在化学式1中，R为氢或具有1至3个碳原子的烷基；并且a为1至800中的任一个整数。2.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，其中，在化学式1中，a为100至500中的任一个整数。3.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，其中，所述聚合物还包含由以下化学式2a表示的第二重复单元和由化学式2b表示的第三重复单元中的至少一种或多种：[化学式2a]在化学式2a中，R1为氢或具有1至3个碳原子的烷基；R2和R3各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基；b为1至800中的任一个整数；并且o为10至100中的任一个整数，[化学式2b]在化学式2b中，R4为氢或具有1至3个碳原子的烷基；R5至R9各自独立地为具有1至3个碳原子的亚烷基；c为1至800中的任一个整数；并且o1至o4各自独立地为1至120中的任一个整数。4.根据权利要求3所述的固体聚合物电解质，其中，在化学式2a和化学式2b中，b和c各自独立地为50至300中的任一个整数；并且o1至o4各自独立地为10至100中的任一个整数。5.根据权利要求3所述的固体聚合物电解质，其中，所述聚合物包含由以下化学式3a表示的重复单元：[化学式3a]在化学式3a中，a1为1至800中的任一个整数；b1为1至800中的任一个整数；并且o为10至100中的任一个整数。6.根据权利要求3所述的固体聚合物电解质，其中，所述聚合物包含由以下化学式3b表示的重复单元：[化学式3b]在化学式3b中，a2为1至800中的任一个整数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟珠，蔡宗铉，金大日，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR