可生物降解的电化学装置制造方法及图纸

提供了一种可生物降解的固体水性电解质组合物、掺入该电解质组合物的电化学装置及其方法。该电解质组合物能够包含含有共聚物和盐的橡胶状水凝胶。该共聚物能够包含至少两条与聚合物中心嵌段偶联的聚己内酯链。该聚合物中心嵌段能够包含聚乙烯醇。该水凝胶可以是可生物降解的。该电化学装置能够包括阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的该电解质组合物。物。物。

【技术实现步骤摘要】
可生物降解的电化学装置


[0001]本专利技术所公开的实施方案或实施方式涉及可生物降解的电化学装置、其固体水性电解质以及其制造或合成方法。

技术介绍

[0002]由于对便携式和远程电源的需求不断增长，世界上生产的电池数量不断增加。具体地讲，许多新技术需要电池来为嵌入式电子器件供电。例如，嵌入式电子器件(诸如便携式和可穿戴电子器件、物联网(IoT)装置、患者健康护理监测、结构监测、环境监测、智能包装等)依赖电池供电。虽然常规电池可部分地再循环利用，但当前不存在环境友好或可生物降解的可商购获得的电池。因此，如果没有适当地处置或再循环利用，则常规电池的制造和使用的增加导致环境中有毒和有害废物的相应增加。鉴于上述情况，需要开发可生物降解的电池；特别是对于在丢弃之前使用一次性电池有限时间的应用。
[0003]此外，为了满足对柔性、低成本、中等或低性能电池的需求，已经开发了作为单次使用的一次性电池可商购获得的全印刷电池。然而，这些全印刷电池中没有一个是可生物降解的。
[0004]通常认为，生产可生物降解的电池的最大挑战之一是开发可生物降解的聚合物电解质，其是全印刷电池的主要聚合物基组分。此外，开发还可以使用现有印刷技术印刷的这种可生物降解的聚合物电解质是另外的挑战。
[0005]常规的可生物降解的聚合物电解质通常可以包含可生物降解的聚合物和导电盐的组合。为了获得可生物降解的聚合物电解质，将可生物降解的聚合物和导电盐溶解在溶剂中，并且然后随后以相对慢的速率蒸发溶剂以产生固体聚合物电解质膜。由于离子在可生物降解的聚合物中的低迁移率，这些常规的可生物降解的聚合物电解质在环境温度处通常具有低离子电导率(例如，在室温处小于约10
‑5S/cm)。然而，当将聚合物电解质加热至足以允许聚合物链移动的温度(即，操作温度)时，可实现足够的电导率，从而允许离子更自由地移动通过聚合物电解质结构。通过掺入抑制聚合物电解质结晶度的添加剂，从而降低其操作温度，也可以获得足够的电导率。因此，可在室温处以足够的电导率操作的可生物降解的聚合物电解质受到限制。
[0006]除了上述缺点之外，由于在制造过程中蒸发溶剂所需的时间，常规的可生物降解的聚合物电解质还遭受冗长的制造过程。例如，通常需要真空和/或温度辅助的几个小时的蒸发来蒸发溶剂以制备常规的可生物降解的聚合物电解质，从而限制了常规的可生物降解的聚合物电解质与高通量印刷工艺的相容性，在所述高通量印刷工艺中连续层必须在几分钟内印刷在彼此的顶部上。
[0007]因此，所需要的是可印刷的、可生物降解的电化学装置、其固体水性电解质以及其合成和制造方法。

技术实现思路

[0008]以下给出简要的
技术实现思路
，以便提供对本教导内容的一个或多个实施方案的一些方面的基本理解。这个
技术实现思路
不是全面的概述，也并不旨在标识本教导内容的关键或重要元素，也并不旨在描述本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念，作为后面所呈现的具体实施方式的前序。
[0009]本公开可提供电解质组合物。该电解质组合物可以包含含有共聚物和盐的橡胶状水凝胶。该共聚物可以包含至少两条连接至聚合物中心嵌段的聚己内酯链。该聚合物中心嵌段能够包含聚乙烯醇。该水凝胶可以是可生物降解的。
[0010]在一些示例中，聚乙烯醇可具有小于约80％的水解度。
[0011]在一些示例中，聚乙烯醇可具有约30％至小于约80％的水解度。
[0012]在一些示例中，聚乙烯醇可具有约60％至小于约80％的水解度。
[0013]在一些示例中，聚乙烯醇可具有约60％至约75％的水解度。
[0014]在一些示例中，聚乙烯醇可具有约75％的水解度。
[0015]在一些示例中，共聚物可具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0016]在一些示例中，共聚物可具有约0.25:1至约0.75:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0017]在一些示例中，共聚物可具有约0.3:1至约0.7:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0018]在一些示例中，聚乙烯醇可就用小于约80％的水解度，并且其中共聚物可具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。聚乙烯醇可具有约30％至小于80％的水解度。共聚物可具有约0.25:1至约0.75:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0019]在一些示例中，共聚物可以包含约5重量％至约20重量％的量的己内酯。
[0020]在一些示例中，共聚物可以包含约8重量％至约20重量％的量的己内酯。
[0021]本公开可提供一种电化学装置。该电化学装置能够包括阳极、阴极以及设置在该阳极和该阴极之间的电解质组合物。该电解质组合物可以包含含有共聚物和盐的橡胶状水凝胶。该共聚物可以包含至少两条连接至聚合物中心嵌段的聚己内酯链。该聚合物中心嵌段能够包含聚乙烯醇。该水凝胶可以是可生物降解的。
[0022]在一些示例中，聚乙烯醇可具有小于约80％的水解度。
[0023]在一些示例中，聚乙烯醇可具有约60％至小于约80％的水解度。
[0024]在一些示例中，共聚物可具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0025]在一些示例中，共聚物可具有约0.25:1至约0.75:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
[0026]在一些示例中，聚乙烯醇可就用小于约80％的水解度，并且共聚物可具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。
附图说明
[0027]并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本教导内容的实施方案。从以下结合附图对各种实施方案的描述中，本公开的实施方案中的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见并且更易于理解，其中：
[0028]图1示出了根据所公开的一个或多个实施方案的并排构造的示例性可生物降解的
电化学装置的分解图。
[0029]图2示出了根据所公开的一个或多个实施方案的堆叠构造的另一示例性可生物降解的电化学装置的分解图。
[0030]图3示出了在方案1中所示的合成方案的步骤1之后PCL
‑
PEG
‑
PCL大分子单体二醇的1H NMR谱。
[0031]图4示出了在方案1中所示的合成方案的步骤2之后PCL
‑
PEG
‑
PCL大分子单体二丙烯酸酯的1H NMR谱。
[0032]图5A示出了由嵌段链长为239
‑
20000
‑
239的PCL
‑
PEG
‑
PCL大分子单体制备的PCL
‑
PEG
‑
PCL基固体水性电解质的应力与应变曲线。
[0033]图5B示出了图5A的PCL
‑
PEG
‑
PCL基固体水性电解质针对不同浓度的NH4Cl和ZnCl2的五种不同测量的杨氏模量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解质组合物，所述电解质组合物包含含有共聚物和盐的橡胶状水凝胶，其中所述共聚物包含至少两条连接到聚合物中心嵌段的聚己内酯链，其中所述聚合物中心嵌段包含聚乙烯醇，并且其中所述水凝胶是可生物降解的。2.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有小于约80％的水解度。3.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有约30％至小于约80％的水解度。4.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有约60％至小于约80％的水解度。5.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有约60％至约75％的水解度。6.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有约75％的水解度。7.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述共聚物具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。8.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述共聚物具有约0.25:1至约0.75:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。9.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述共聚物具有约0.3:1至约0.7:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。10.根据权利要求1所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有小于约80％的水解度，并且其中所述共聚物具有约0.2:1至约1:1的己内酯与聚乙烯醇的摩尔比。11.根据权利要求10所述的电解质组合物，其中所述聚乙烯醇具有约30％至小于80％的水解度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：