固体电解质和其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物电解质和其制造方法。更具体地，通过将氮化硼添加到含有聚硅氧烷的固体电解质中，可以制造具有改善的离子电导率的聚合物电解质。导率的聚合物电解质。导率的聚合物电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质和其制造方法


[0001]本申请要求基于2018年9月28日提交的韩国专利申请第10-2018-0115701号的优先权的权益，该韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种具有优异的离子电导率的固体电解质和其制造方法。

技术介绍

[0003]对于当前的便携式电子装置，通常使用具有高能量密度的锂离子二次电池。在这种情况下主要使用的液体电解质具有诸如泄漏和爆炸的风险的问题。为了对其进行保护，需要安全电路装置，并且由于通过用金属外罐密封以防止泄漏而不可避免地增加电池的重量。此外，由于电池的厚度变厚，因此在电池设计方面存在局限性。此外，随着电池在将来变得更薄和柔性，当前使用液体作为电解质的锂离子电池不能满足诸如小型化、轻量化和柔性的所有要求。
[0004]另一方面，锂聚合物电池具有高的平均电压和高的能量密度。此外，除了没有记忆效应的锂离子电池的特性之外，锂聚合物电池还可以防止电解液泄漏到电池外部，从而改善电池的稳定性。此外，在锂聚合物电池的情况下，由于电极和隔膜是一体的，因此表面电阻降低，从而对于以相对低的内部电阻进行高效率的充电和放电是有利的。此外，可以使电解质膜变薄以制成任意形状的柔性装置和电池，并且由于不使用金属外罐，因此电池的厚度可以更薄。因此，消费者对稳定性、小型化和高容量的需求正日益增加的诸如移动电话、笔记本电脑和数码相机的便携式电子装置用电池预期将从现有的锂离子电池大部分替换为锂聚合物电池。此外，锂聚合物电池预期应用于混合动力电动车辆等的高容量锂二次电池，并且因此，作为下一代电池而受到欢迎。
[0005]当前市售的锂离子电池使用其中锂盐溶解在有机碳酸酯类溶剂中的液体电解质，但是存在由于外部刺激或温度升高而导致的泄漏、挥发和爆炸的安全性问题。因此，有必要研究固相聚合物电解质以解决该问题。
[0006]最终，理想的是，实现基于这种固相聚合物电解质的全固态电池系统。为此，迫切需要开发具有高离子电导率(>10-4
S/cm，25℃)的固相聚合物电解质。在聚合物固体电解质的情况下，已经开发了包含诸如氧化石墨烯和鞣酸的填料的复合材料以克服在室温下在10-5
S/cm～10-6
S/cm范围内的低离子电导率。
[0007]例如，日本专利第5853639号公开了一种具有包含氮化硼填料的电解质的锂离子电池用隔膜。
[0008]这样的填料的引入不仅可以改善固体电解质的离子电导率，而且还可以改善机械强度。然而，由于填料本身的性能的局限性和分散性的问题，因此在固体电解质中仍然难以获得高的离子电导率。
[0009]因此，需要进行技术开发以通过与现有的固体电解质中所含的填料相比可以进一步增加固体电解质的自由体积的填料的开发来改善固体电解质的离子电导率。
[0010][现有技术文献][0011](专利文献1)日本专利第5853639号

技术实现思路

[0012]【技术问题】
[0013]作为为了解决上述问题而进行各种研究的结果，本专利技术的专利技术人确认了其中引入了氮化硼(BN)的聚硅氧烷类固体电解质表现出高的热稳定性和离子电导率。
[0014]因此，本专利技术的一个目的在于提供一种具有改善的离子电导率的固体电解质和其制造方法。
[0015]此外，本专利技术的另一个目的在于提供一种包含所述固体电解质的锂二次电池。
[0016]【技术方案】
[0017]为了实现上述目的，本专利技术提供一种包含聚硅氧烷的固体电解质，其中所述固体电解质包含氮化硼(BN)。
[0018]所述固体电解质可以包含聚硅氧烷聚合物基质；锂盐；有机溶剂；交联剂；和作为填料的氮化硼(BN)。
[0019]基于所述聚硅氧烷的总重量，可以含有0.1重量％～5重量％的量的氮化硼。
[0020]所述氮化硼可以为通过结合多环芳烃而进行了表面改性的氮化硼。
[0021]所述多环芳烃可以为选自由芘、苝和苯并苝构成的组中的至少一种。
[0022]所述多环芳烃可以为其中键合了聚乙二醇(PEG)并且其末端被改性的多环芳烃。
[0023]基于表面改性的氮化硼的总重量，可以含有4重量％～10重量％的量的所述多环芳烃。
[0024]所述聚硅氧烷的分子量(Mn)可以为800g/mol～1200g/mol。
[0025]所述锂盐可以为选自由LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)、LiSCN、LiN(CN)2、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)3C、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiSbF6以及LiPF3(CF2CF3)3、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3和LiB(C2O4)2构成的组中的至少一种。
[0026]所述有机溶剂可以为选自由甲醇、丙酮、4-乙酰基吗啉、2-甲基吡啶-1-氧化物、2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、2-氧杂环庚酮、丁酮、2-戊酮、甲基乙基酮(MEK)和甲氧基九氟丁烷构成的组中的至少一种。
[0027]所述交联剂可以为四烯丙氧基乙烷(TAOE)。
[0028]本专利技术提供一种固体电解质的制造方法，其包含以下步骤：(S1)使氮化硼与多环芳烃反应以与多环芳烃结合并且由此形成表面改性的氮化硼；(S2)将聚硅氧烷、交联剂和光引发剂溶解在有机溶剂中以形成混合溶液；(S3)将表面改性的氮化硼和锂盐添加到所述混合溶液中以形成浆料；和(S4)将所述浆料流延到基材上，然后使所述浆料固化。
[0029]所述引发剂可以为选自由2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-羟基-环己基苯基甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦构成的组中的至少一种光引发剂。
[0030]本专利技术提供一种包含所述固体电解质的锂二次电池。
[0031]【有益效果】
[0032]根据本专利技术的固体电解质，通过将氮化硼引入到聚硅氧烷类固体电解质中，可以获得具有改善的离子电导率的聚硅氧烷类固体电解质。
[0033]此外，通过用聚乙二醇-芘(PEG-芘)对氮化硼的表面进行改性，可以更有利于通过
增加在固体电解质中的分散性来改善固体电解质的离子电导率。
[0034]此外，通过当在固体电解质的制造工序中进行流延时使用诸如甲醇的溶剂并且在干燥后通过UV照射进行交联反应，可以制造呈自立膜(free standing film)形式的固体电解质。
附图说明
[0035]图1为在制备例1中合成的用羧基进行了表面改性的聚乙二醇(PEG-COOH)和用PEG进行了表面改性的1-芘甲醇(PEG-芘)的1H-NMR图。
[0036]图2为在比较制备例1中合成的全氟聚醚-芘(PFPE-芘)的C-NMR图。
[0037]图3为在制备例2中合成的聚硅氧烷(BPS)的1H-NMR图。
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体电解质，其包含聚硅氧烷，其中所述固体电解质包含氮化硼(BN)。2.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含聚硅氧烷聚合物基质；锂盐；有机溶剂；交联剂；和作为填料的氮化硼(BN)。3.根据权利要求1所述的固体电解质，其中基于所述聚硅氧烷的重量，含有0.1重量％～5重量％的量的所述氮化硼。4.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述氮化硼为通过与多环芳烃结合而进行了表面改性的氮化硼。5.根据权利要求4所述的固体电解质，其中所述多环芳烃为选自由芘、苝和苯并苝构成的组中的至少一种。6.根据权利要求4所述的固体电解质，其中所述多环芳烃为末端通过聚乙二醇(PEG)的结合而被改性的多环芳烃。7.根据权利要求4所述的固体电解质，其中基于所述表面改性的氮化硼的总重量，含有4重量％～10重量％的量的所述多环芳烃。8.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述聚硅氧烷的分子量(Mn)为800g/mol～1200g/mol。9.根据权利要求2所述的固体电解质，其中所述锂盐为选自由LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)、LiSCN、LiN(CN)2、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)3C、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李齐埙，李钟赞，蔡宗铉，露西娅，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：