聚合物电解质及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物电解质和所述聚合物电解质的制造方法，所述聚合物电解质包含含有环氧乙烷单体的聚合物和锂盐，其中所述聚合物的末端被1个至4个氮化合物官能团或磷化合物官能团取代，并且所述聚合物的末端和所述氮化合物官能团或磷化合物官能团通过选自由C2‑C20亚烷基连接基、C2‑C20醚连接基和C2‑C20胺连接基构成的组中的一种连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物电解质及其制造方法
本申请要求基于2018年7月25日提交的韩国专利申请第10-2018-0086287号的优先权的权益，该韩国专利申请的全部公开内容以引用的方式整体并入本文中。本专利技术涉及一种聚合物电解质及其制备方法，并且更具体地，涉及一种具有改善的锂阳离子转移数的聚合物电解质。
技术介绍
随着可以充电/放电的二次电池的应用领域从诸如移动电话、笔记本和摄录机的便携式装置到电动车辆的日益扩大，正在积极地开发二次电池。此外，在二次电池的开发中，用于改善容量密度和比能量的电池设计的研究和开发也正在进行中。一般，已知的是，电池的安全性按照液体电解质<凝胶聚合物电解质<固体电解质的顺序增加，而电池性能降低。液态电解质，特别是其中盐被溶解在非水有机溶剂中的离子传导性有机液体电解质已经被主要用作诸如使用常规电化学反应的电池和双电层电容器的电化学装置用电解质。然而，如果使用这样的液态电解质，那么极有可能电极材料劣化并且有机溶剂挥发，并且还存在安全性方面的问题，如由于环境温度和电池本身的温度升高而引起燃烧。特别是，锂二次电池中使用的电解质处于液态并且在高温环境中具有易燃的风险，这是应用于电动车辆的显著负担。此外，由于使用溶剂易燃的有机电解液，因此除了泄漏之外，还常常伴随着起火和燃烧的问题。出于这个原因，已经研究了使用具有阻燃性的离子液体或凝胶相的电解质或具有聚合物相的电解质作为电解液。因此，用固态电解质代替液态锂电解质可以解决该问题。因此，到目前为止已经研究和开发了各种固体电解质。固体电解质主要由阻燃材料制成并且因此具有高稳定性并且在高温下是稳定的，这是因为它由非挥发性材料构成。此外，由于固体电解质用作隔膜，因此不需要常规的隔膜并且存在薄膜工艺的可能性。最理想的形式是即使在电解质中也使用无机固体的全固态形式，由此获得具有优异的安全性和优异的稳定性或可靠性的二次电池。为了获得大容量(能量密度)，还有可能采用层压结构的形式。此外，不需要像常规电解液中那样将溶剂化的锂去溶剂化，并且由于只有锂离子需要移动通过离子传导性固体电解质并且因此不会发生不必要的副反应，因此可以大大延长循环寿命。关于作为实现全固态二次电池中要解决的最大问题的固体电解质的离子电导率，先前，这样的电导率并没有远低于有机电解液的电导率，但是最近，已经报道了用于改善离子电导率的多种技术，并且已经继续进行了对使用其的全固态二次电池的实际使用的研究。作为这样的锂离子电池中使用的电解质之一的聚环氧乙烷(PEO)和锂盐的复合电解质具有比常规的液体电解质具有更高的稳定性的优点。然而，这种电解质中使用的PEO是具有高结晶度的聚合物并且因此，当在所述聚合物的熔点(约50℃)以下结晶时，存在离子电导率非常低的问题。在过去，经常使用通过极大地降低PEO的分子量而在室温下具有液态的聚合物，但是很难说这是降低PEO的结晶特性的根本性研究。[现有技术文献][非专利文献](非专利文献1)Ito,K.；Nishina,N.；Ohno,H.J.Mater.Chem.1997,7,1357-1362。(非专利文献2)Jo,G.；Anh,H.；Park,M.J.ACSMacroLett.2013,2,990-995。
技术实现思路
【技术问题】如上所述，如果在电解质中使用PEO，那么当由于所述聚合物的低熔点而在约50℃以下结晶时，会出现离子电导率会大大降低的问题。因此，作为各种研究的结果，本专利技术的专利技术人已经找到了通过合成能够降低PEO链的固有结晶度的新型聚合物来解决该问题的方法，由此完成了本专利技术。因此，本专利技术的目的在于提供一种锂电池用电解质，其中所述电解质为含有锂盐的PEO基聚合物电解质，所述锂电池用电解质通过引入了一个以上新官能团的聚合物而在室温下具有优异的离子电导率并且在锂阳离子转移数方面也已经得到了改善。【技术方案】为了实现上述目的，本专利技术提供一种聚合物电解质，其包含：含有环氧乙烷单体的聚合物；和锂盐，其中所述聚合物的末端被1个至4个氮化合物官能团或磷化合物官能团取代，并且所述聚合物的末端与所述氮化合物官能团或所述磷化合物官能团通过选自由C2至C20亚烷基连接基、C2至C20醚连接基和C2至C20胺连接基构成的组中的一种连接。此外，本专利技术提供一种聚合物电解质的制备方法，其包含以下步骤：(a)通过将氮化合物或磷化合物添加到含有环氧乙烷单体的聚合物中来修饰所述聚合物的末端；和(b)添加锂盐。此外，本专利技术提供一种全固态电池，其包含正极、负极和置于它们之间的固体聚合物电解质，其中所述固体聚合物电解质为本专利技术的聚合物电解质。【有益效果】如果将本专利技术的聚合物电解质应用于全固态电池，那么可以在不改变含有环氧乙烷单体的聚合物的分子量的情况下通过合成包含1个至4个各种末端官能团的聚合物来降低聚合物的结晶度，由此本专利技术的聚合物电解质即使在室温下也可以具有优异的离子电导率。此外，通过控制末端官能团与锂盐之间的分子吸引力，可以改善锂阳离子转移数，由此存在改善放电容量和充电/放电倍率的效果。附图说明图1为示出了本专利技术的实施例1～3和比较例1的NMR数据测量结果的图。图2为示出了本专利技术的实施例4～6和比较例2的NMR数据测量结果的图。图3为示出了本专利技术的实施例7和实施例8以及比较例2和比较例3的NMR数据测量结果的图。图4为示出了本专利技术的实施例1～3和比较例1的差示扫描量热仪(DSC)分析结果的图。图5为示出了本专利技术的实施例4～8和比较例2的差示扫描量热仪(DSC)分析结果的图。图6为示出了当[Li+]/[EO]的值为0.02(r＝0.02)时，本专利技术的实施例1～3和比较例1的离子电导率分析结果的图。图7为示出了当[Li+]/[EO]的值为0.06(r＝0.06)时，本专利技术的实施例1～3和比较例1的离子电导率分析结果的图。图8为示出了当[Li+]/[EO]的值为0.02(r＝0.02)时，本专利技术的实施例4～8和比较例2的离子电导率分析结果的图。图9为示出了当[Li+]/[EO]的值为0.06(r＝0.06)时，本专利技术的实施例9和实施例10以及比较例1的离子电导率分析结果的图。图10为示出了本专利技术的实施例1～3和比较例1的电极极化测量结果的图。图11为示出了本专利技术的实施例4～6和比较例2的电极极化测量结果的图。图12为示出了本专利技术的实施例1～3和比较例1的小角X射线散射(SAXS)测量结果的图。图13为示出了本专利技术的实施例9和实施例10以及比较例1的小角X射线散射(SAXS)测量结果的图。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术。聚合物电解质本专利技术涉及一种聚合物电解质，其包含：含有环氧乙烷单体的聚合物；和锂盐，其中所述聚合物的末端被1个至4个氮化合物官能团或磷化合物官能团取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物电解质，其包含：含有环氧乙烷单体的聚合物；和锂盐，/n其中所述聚合物的末端被1个至4个氮化合物官能团或磷化合物官能团取代，并且/n所述聚合物的末端和所述氮化合物官能团或所述磷化合物官能团通过选自由C2至C20亚烷基连接基、C2至C20醚连接基和C2至C20胺连接基构成的组中的一种连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180725 KR 10-2018-00862871.一种聚合物电解质，其包含：含有环氧乙烷单体的聚合物；和锂盐，
其中所述聚合物的末端被1个至4个氮化合物官能团或磷化合物官能团取代，并且
所述聚合物的末端和所述氮化合物官能团或所述磷化合物官能团通过选自由C2至C20亚烷基连接基、C2至C20醚连接基和C2至C20胺连接基构成的组中的一种连接。


2.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中具有处于未取代状态的末端的所述含有环氧乙烷单体的聚合物为选自由聚苯乙烯-b-聚环氧乙烷和聚环氧乙烷构成的组中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述氮化合物为腈、胺、吡啶或咪唑，并且所述磷化合物为膦酸二乙酯或膦酸。


4.根据权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述含有环氧乙烷单体的聚合物为选自由以下式1至式10构成的组中的至少一种：
[式1]



[式2]



[式3]



[式4]



[式5]



[式6]



[式7]



[式8]



[式9]



[式10]



其中1≤n≤200并且1≤m≤200。


5.根据权利要求4所述的聚合物电解质，其中所述式9和式10具有螺旋二十四面体形态。


6.根据权利要求1所述的聚合物电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大日，朴文祯，蔡宗铉，丁厦莹，金秀桓，林圣哲，安智勋，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR