聚酰亚胺基体电解质制造技术

聚合物基体电解质（ＰＭＥ）包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种盐和至少一种溶剂。该ＰＭＥ通常是均质的，这可由其高水平的光学透明度证实。该ＰＭＥ经历苛刻的温度和压力条件仍是稳定的。形成ＰＭＥ的方法包括下列步骤：将聚酰亚胺溶解在至少一种溶剂中；将至少一种盐加入该聚酰亚胺和溶剂中，其中所述聚酰亚胺、盐和溶剂变得相互混合从而形成ＰＭＥ，该ＰＭＥ基本光学透明。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚酰亚胺基体电解质
本专利技术大体涉及电解质，更具体地讲涉及光学透明的聚酰亚胺基电解质，该电解质是聚酰亚胺、锂盐和溶剂的均相混合物。技术背景电池的许多性能参数都与所选择的电解质隔膜以及所选择的电解质同所用阴极和阳极材料的相互作用相关。所有的电池都需要电解质在较宽的温度和电势范围内提供高离子导电率和电化学稳定性。离子导电率是电解质最重要的特性之一。高离子导电率通常提高电池的性能。因此，大量研究都集中于研发提高电化学电池中使用的电解质离子导电率的方法。用于锂电池的电解质可以是液体或聚合物基电解质。包含液体电解质的锂电池出现在市场上已有几年。具有液体电解质的锂离子充电电池当前被大批量生产，用于诸如笔记本电脑、可携式摄像机和手提电话的各种应用。但是，具有液体电解质技术的锂电池具有一些主要缺点。这些缺点与成本和安全性相关，并且源于液体电解质的使用。液体电解质通常需要封装在可以降低能量密度的、严格密封的金属“罐”中。另外，出于安全考虑，当存在某些滥用条件时，例如由于内部或外部过热而导致内部压力大幅度增加时，具有液体电解质的锂离子充电电池和锂金属原电池被设计成自动放空。如果在极端压力下电池没有放空，电池会爆炸，这是因为液体Li电池中使用的液体电解质是极为可燃的。具有固体聚合物电解质的锂电池代表了对具有液体电解质的锂电池的演变替代。固体聚合物电极通常是凝胶类电解质，该凝胶类电解质在聚合物的孔隙中捕获溶剂和盐，从而为离子导电提供介质。典型的聚合物电解质包含聚环氧乙烷(PEO)、聚醚基聚合物和其它配置为凝胶的聚合物，例如聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。聚合物电解质通常用作介于电池的阴极和阳-->极膜之间的隔膜。由于它的电解质通常是不挥发性物质，该物质在正常的操作条件下一般不会泄漏，因此具有聚合物电解质的锂电池明显的比含有液体电解质的锂电池安全。而且，聚合物电解质消除了对具有液体电解质的锂电池工作通常所需要的放空和封装压控制的需求。因此，聚合物电解质使得利用软外壳例如金属塑料叠层室成为可能，当与液体电解质罐型Li电池相比时，产生重量和厚度的改进。锂电池的许多性能参数都与电解质的选择以及所选择的电解质同所用阴极和阳极材料的相互作用相关。高电解质离子导电率通常产生改善的电池性能。已有报道，凝胶聚合物电解质的离子导电率在25℃时可高达约10-4S/cm。但是，对于某些电池应用，人们希望聚合物电解质的离子导电率达到更高的值。另外，人们还希望能够提高聚合物电解质对阳极和阴极材料的电化学稳定性，从而提高电池的可靠性以及存储和循环特性。虽然凝胶聚合物电解质相对于液体电解质在安全性和可制造性方面表现出改进，由于凝胶聚合物在其孔隙中捕获溶剂而且在极端的条件(如热和/或压力)下仍可能逃逸出并造成伤害，因此安全问题仍存在。另外，由于凝胶通常在低温下凝固并且在升高的温度下与其它电池组分或金属发生反应或熔化，因此凝胶聚合物电解质通常不能在较宽的温度范围工作。而且，电极的不稳定性以及所产生的不良循环特性限制了这种利用凝胶聚合物电解质形成的电池的可能应用，尤其是对于含有金属锂的阳极。人们积极研究了替代性聚合物材料，以提供相对于可用聚合物选择范围的改进特性。例如，授权给Gustafson等人的美国专利No.5,888,672(’672专利)公开了一种聚酰亚胺电解质及其构成的、在室温和较宽温度范围工作的电池。公开的聚酰亚胺在多种溶剂中可溶并且基本无定形。当和锂盐混合时，所得的聚酰亚胺基电解质令人吃惊地提供了高离子导电率。在’672专利中公开的电解质均为光学不透明的，说明构成电解质的各种组分发生相分离。虽然’672专利公开的电解质可用于形成聚合物电解质，该电解质相对于传统凝胶聚合物电解质提供更宽的工作温度范围、制造的简易性和更好的安全性，但是如果能够提高电解质的稳定性和离子导电率将更为有益。-->
技术实现思路
聚合物基体电解质(polymer matrix electrolyte，PME)包含相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述锂盐浓度至少为0.5摩尔锂/摩尔酰亚胺环，所述酰亚胺环由聚酰亚胺提供。该PME通常是均相的，这可由其高水平的光学透明性证实。在本文中，当PME称为“基本光学透明”时，这是指通过标准浊度测量法利用540nm光传输通过标准化1mil膜测量时PME为至少90％透明，优选至少95％、最优选为99％透明。锂盐可以选自LiCl、LiBr、LiI、LiBOB、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和二(三氟磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSi)。锂盐的浓度可以为0.5-2.0摩尔Li/摩尔酰亚胺环，或者1.2-2.0摩尔Li/摩尔酰亚胺环，所述酰亚胺环由聚酰亚胺提供。聚酰亚胺的每个酰亚胺环的重复单元重量可以不超过350、不超过300或者不超过250。聚酰亚胺在25℃下在选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)以及二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂中可溶。该PME在25℃下的离子导电率可以是至少1×10-4S/cm，优选是至少3×10-4S/cm。该PME提供约1630和1690cm-1之间的至少一种吸收，尽管所述盐和聚酰亚胺在该范围内均没有提供任何吸收。形成聚合物基体电解质(PME)的方法包括下列步骤：将聚酰亚胺溶解在至少一种溶剂中，将至少一种锂盐加入该聚酰亚胺和溶剂中，其中所述聚酰亚胺、盐和溶剂变得相互混合，该锂盐的浓度至少为0.5摩尔锂/摩尔酰亚胺环，所述酰亚胺环由聚酰亚胺提供。该PME基本上光学透明，说明其各种组分没有相分离。附图说明当结合附图阅读下面详细描述时，将实现对本专利技术及其特征和益处的更全面理解，其中：图1(a)-(m)说明根据本专利技术实施方案的几种适当聚酰亚胺的重复单元结构。图2说明根据本专利技术实施方案包含图1(m)中所示聚酰亚胺、锂盐LiTFSi(2.2x)以-->及溶剂γ丁内酯(GBL)的PME在20.5℃下离子导电率和所得膜组成的表。图3(a)-(d)是包含图1(m)中所示聚酰亚胺和锂盐LiTFSi(2.2x)的PME的离子导电率分别对溶剂TMS、PC、GBL以及NMP的溶剂荷载和温度的函数曲线。图4是20℃下包含图1(m)中所示聚酰亚胺和锂盐LiTFSi(2.2x)的PME的离子导电率对溶剂/聚酰亚胺比率的函数曲线，其中溶剂是GBL。图5(a)是没有加Li盐和任何溶剂的示例性聚酰亚胺的FTIR数据。图5(b)是示例性Li盐的FTIR数据。图5(c)是FTIR数据示于图5(a)的示例性聚酰亚胺与FTIR数据示于图5(b)的示例性Li盐相互混合的FTIR数据，说明在约1630cm-1和1690cm-1之间出现双重吸收峰。图6是包括可用于制备本文所述聚酰亚胺的二酐和芳香族二胺的表。图7是证实无缺陷PME的SEM。具体实施方式本专利技术描述了包含聚酰亚胺、至少一种盐和至少一种溶剂的基本光学透明的电解质隔膜基体。所述溶剂一般是低分子量、低粘度的液体，该液体在低浓度时使聚酰亚胺膨胀并且在足够高浓度时允许所述聚酰亚胺、盐和溶剂变得均相混合。当用于此时，基本光学透明的电解质基体指“聚合物基体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物基体电解质（ＰＭＥ），包含：相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述锂盐的浓度为至少０．５摩尔锂／摩尔酰亚胺环，该酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供，所述ＰＭＥ为基本光学透明。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-5-13 10/437,5591.一种聚合物基体电解质(PME)，包含：相互混合的聚酰亚胺、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述锂盐的浓度为至少0.5摩尔锂/摩尔酰亚胺环，该酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供，所述PME为基本光学透明。2.权利要求1所述的PME，其中在540nm处通过标准化的1mil所述PME膜时所述PME提供至少95％的光学透明性。3.权利要求1所述的PME，其中在540nm处通过标准化的1mil所述PME膜时所述PME提供至少99％的光学透明性。4.权利要求1所述的PME，其中所述锂盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiBOB、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和二(三氟磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSi)。5.权利要求1所述的PME，其中所述聚酰亚胺的每个酰亚胺环的重复单元重量不超过350。6.权利要求1所述的PME，其中所述聚酰亚胺的每个酰亚胺环的重复单元重量不超过300。7.权利要求1所述的PME，其中所述聚酰亚胺的每个酰亚胺环的重复单元重量不超过250。8.权利要求1所述的PME，其中所述聚酰亚胺在25℃下可溶于选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)以及二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂。9.权利要求1所述的PME，其中所述PME的离子导电率在25℃下至少为1×10-4S/cm。10.权利要求1所述的PME，其中所述PME的离子导电率在25℃下至少为3×10-4S/cm。11.权利要求1所述的PME，其中所述锂盐的浓度为0.5-2.0摩尔锂/摩尔酰亚胺环，该酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供。12.权利要求1所述的PME，其中所述锂盐的浓度为1.2-2.0摩尔锂/摩尔酰亚胺环，该酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供。13.权利要求1所述的PME，其中所述盐在1630-1690cm-1之间不提供任何吸收峰，所述聚酰亚胺在1630-1690cm-1之间不提供任何吸收峰，但所述PME在约-->1630-1690cm-1之间提供至少一个吸收峰。14.权利要求1所述的PME，其中在540nm处通过标准化的1mil所述PME膜时所述PME提供至少95％的光学透明性，其中所述聚酰亚胺在25℃下可溶于选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)以及二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂。15.权利要求14所述的PME，其中所述PME的离子导电率在25℃下至少为1×10-4S/cm，其中所述盐在1630-1690cm-1之间不提供任何吸收峰，所述聚酰亚胺在1630-1690cm-1之间不提供任何吸收峰，所述PME在约1630-1690cm-1之间提供至少一个吸收峰。16.权利要求1所述的PME，其中所述聚酰亚胺的每个酰亚胺环的重复单元重量不超过350，其中所述锂盐的浓度为1.2-2.0摩尔锂/摩尔酰亚胺环，该酰亚胺环由所述聚酰亚胺提供。17.权利要求16所述的PME，其中所述锂盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiBOB、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和二(三氟磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSi)，其中在540nm处通过标准化的1mil所述PME膜时所述PME提供至少95％的光学透明性。18.权利要求1所述的PME，其中在540nm处通过标准化的1mil所述PME膜时所述PME提供至少99％的光学透明性，其中所述聚酰亚胺在25℃下可溶于选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)以及二甲基甲酰胺(DMF)的至少一种溶剂。19.权利要求18所述的PME，其中所述PME的离子导电率在25℃下至少为1×10-4S/cm。20.一种聚合物基体电解质(PME)，包含：相互混合的包含高极性基团的聚合物、至少一种锂盐和至少一种溶剂，所述高极性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦C温斯利，斯科特古斯塔夫森，达尼布鲁莱特，阿兰瓦利，
申请(专利权)人：瑟利寇公司，艾维斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]