System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 聚合物固体电解质层叠体及其制备方法技术_技高网

聚合物固体电解质层叠体及其制备方法技术

技术编号:40872327 阅读:3 留言:0更新日期:2024-04-08 16:39
本发明专利技术涉及一种聚合物固体电解质层叠体及其制备方法,更特别地,聚合物固体电解质层叠体包括形成在聚合物固体电解质的至少一个表面上的保护层,该保护层能够在用于大规模生产的连续工序中保护聚合物固体电解质,使得聚合物固体电解质的物理特性不会因聚合物固体电解质的例如后加工和运输等所有后续工序中的水分和外部空气而发生变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本申请要求于2022年5月31日提交的韩国专利申请10-2022-0067054和2023年5月31日提交的韩国专利申请10-2023-0070061的优先权权益,其全部内容已经并入本说明书作为本说明书的一部分。本专利技术涉及一种聚合物固体电解质层叠体及其制造方法。


技术介绍

1、由于使用液体电解质的锂二次电池具有由隔膜将负极和正极隔开的结构,因此如果隔膜因变形或外部冲击而损坏,就可能发生短路,从而会导致例如过热或爆炸等危险。因此,可以说,在锂二次电池领域开发能够确保安全性的固体电解质是一项非常重要的任务。

2、使用固体电解质的锂二次电池的优点在于可以提高电池的安全性,防止电解液泄漏,从而改善电池的可靠性,以及便于制造薄型电池。此外,由于可以将锂金属作为负极,可以改善能量密度,因此除了小型二次电池之外,其还有望应用于电动车辆的高容量二次电池,并作为下一代电池备受瞩目。

3、具有离子导电性的聚合物材料可用作聚合物固体电解质的原材料,在固体电解质中,还提出了由聚合物材料与无机材料混合而形成的复合材料。作为无机材料,可使用例如氧化物或硫化物等无机材料。

4、这种常规的聚合物固体电解质是在形成涂膜后通过高温干燥工序制备的。然而,聚合物固体电解质的常规制备技术有其局限性,即由于结晶聚合物或半结晶聚合物的结晶度较高,所以难以制备出具有改善的离子电导率的聚合物固体电解质。换句话说,聚合物的结晶度越高,聚合物链的迁移性(mobility)就越低。因此,由于锂离子在聚合物固体电解质内部的移动受到限制,所以难以改善聚合物固体电解质的离子电导率。

5、例如,常规的聚合物固体电解质可以如下制备:使用含有羟基(可交联官能团)的聚乙烯醇(pva)作为聚合物来形成涂膜,然后进行高温干燥工序。具体而言,将pva溶解在水中制备pva水溶液后,通过溶液流延法将pva水溶液涂覆在基材上以形成涂膜,然后在室温或高温下干燥以形成pva膜形式的聚合物固体电解质。此时,高温可以指80℃以上,这是pva的玻璃化转变温度(tg)。在干燥工序中,在水分蒸发后,pva中包含的可交联官能团之间形成氢键,由于氢键的作用,聚合物链折叠,从而使聚合物膜的结晶度增加。随着结晶度的增加,会形成具有脆性的聚合物膜。在具有高结晶度和脆性的聚合物膜中,由于聚合物链的迁移性降低,当聚合物膜内部存在解离的离子时,会出现离子迁移率也显著降低的现象。出于这一原因,在形成上述涂膜后,通过高温干燥工序制备的常规pva膜表现出不适合作为锂二次电池的聚合物固体电解质的物理特性。

6、为了克服常规聚合物固体电解质的这些局限性,已经开发了一种技术,通过向结晶聚合物或半结晶聚合物中添加增塑剂来改善聚合物链的迁移性并改善聚合物固体电解质的离子电导率。然而,在使用增塑剂时,由于必须确保聚合物与增塑剂之间具有适当的分散性和溶解性(混溶性),因此可能难以设定工艺条件。此外,当使用液态增塑剂时,与聚合物的相容性降低,可能难以进行聚合物固体电解质的制备工序。

7、因此,需要开发能够在不添加例如增塑剂等添加剂的情况下改善聚合物固体电解质的离子电导率的技术。

8、此外,对于开发一种能够在完成制备聚合物固体电解质的所有工序的同时防止由于水分和外界空气而导致聚合物固体电解质的物理特性发生变化的技术的需求也在不断增加。

9、[现有技术文献]

10、[专利文献]

11、(专利文献1)中国专利公开112259788号


技术实现思路

1、[技术问题]

2、本专利技术的目的是提供一种聚合物固体电解质层叠体,其能够在制备聚合物固体电解质的工序期间防止水分和外界空气导致聚合物固体电解质的物理特性发生变化。

3、本专利技术的另一个目的是提供一种制备所述聚合物固体电解质层叠体的方法。

4、[技术方案]

5、为了实现上述目的,本专利技术的一个实施方式提供了一种聚合物固体电解质层叠体,其包含:聚合物固体电解质,其包含含有可交联官能团的聚合物、锂盐和溶剂;以及形成在聚合物固体电解质至少一个表面上的保护层,其中聚合物固体电解质包含交联结构和含有可交联官能团的非晶聚合物链,交联结构包含(a)可交联官能团之间的交联键,(b)可交联官能团与溶剂之间的交联键,以及(c)可交联官能团与锂盐之间的键。

6、本专利技术的另一个实施方式提供了一种制备所述聚合物固体电解质层叠体的方法,其包括以下步骤:(s1)向含有可交联官能团的聚合物溶液中加入锂盐来形成聚合物固体电解质形成用溶液;(s2)将聚合物固体电解质形成用溶液涂覆在基材上以形成涂膜;(s3)冷冻和解冻所述涂膜以形成聚合物固体电解质;以及(s4)在聚合物固体电解质的至少一个表面上层叠保护层。

7、[有益效果]

8、本专利技术的聚合物固体电解质层叠体包含形成在聚合物固体电解质的至少一个表面上的保护层,在制备聚合物固体电解质后与电极进行层叠的连续工序中以及在例如运输等工序中,该保护层能够防止水分和外界空气导致聚合物固体电解质的物理特性发生变化。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种聚合物固体电解质层叠体,其包含:

2.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述保护层是与所述聚合物固体电解质相比具有相对较大的模量的聚合物膜,或是低吸湿性的聚合物膜;

3.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述保护层的水蒸气透过率(WVTR)为50g/m2·天以下。

4.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,(a)所述可交联官能团之间的交联键包含氢键;

5.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述可交联官能团包括选自由羟基、羧基和酰胺基组成的组的一种或多种。

6.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物包括选自由以下组成的组的一种或多种:聚乙烯醇(PVA)、明胶、甲基纤维素、琼脂、葡聚糖、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酰胺)、聚丙烯酸(PAA)、淀粉-羧甲基纤维素、透明质酸-甲基纤维素、壳聚糖、聚(N-异丙基丙烯酰胺)和氨基封端的聚乙二醇(氨基封端的PEG)。

7.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物的重均分子量(Mw)为80000g/mol至130000g/mol。

8.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物包括选自由以下组成的组的一种或多种:聚乙烯醇(PVA)、明胶、甲基纤维素、琼脂、葡聚糖、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酰胺)、淀粉-羧甲基纤维素、透明质酸-甲基纤维素、壳聚糖、聚(N-异丙基丙烯酰胺)和氨基封端的聚乙二醇(氨基封端的PEG)。

9.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述锂盐包括选自由以下组成的组的一种或多种:(CF3SO2)2NLi(双(三氟甲磺酰基)亚胺锂,LiTFSI)、(FSO2)2NLi(双(氟磺酰基)亚胺锂,LiFSI)、LiNO3、LiOH、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiSCN和LiC(CF3SO2)3。

10.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述聚合物的可交联官能团[G]和所述锂盐的锂[Li]的摩尔比[Li]/[G]大于0.1且小于0.5。

11.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述溶剂包括水。

12.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述聚合物固体电解质为自立式膜形式或涂层形式。

13.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述聚合物固体电解质进一步包含液体电解质。

14.一种制备聚合物固体电解质层叠体的方法,其包括:

15.如权利要求14所述的方法,其中,所述聚合物固体电解质包括交联结构,

16.如权利要求14所述的方法,其中,所述冷冻在-30℃至-10℃下进行。

17.如权利要求14所述的方法,其中,所述解冻在15℃至35℃下进行。

18.包含权利要求1至13中任一项中所述的聚合物固体电解质的全固态电池。

...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种聚合物固体电解质层叠体,其包含:

2.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述保护层是与所述聚合物固体电解质相比具有相对较大的模量的聚合物膜,或是低吸湿性的聚合物膜;

3.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述保护层的水蒸气透过率(wvtr)为50g/m2·天以下。

4.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,(a)所述可交联官能团之间的交联键包含氢键;

5.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述可交联官能团包括选自由羟基、羧基和酰胺基组成的组的一种或多种。

6.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物包括选自由以下组成的组的一种或多种:聚乙烯醇(pva)、明胶、甲基纤维素、琼脂、葡聚糖、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酰胺)、聚丙烯酸(paa)、淀粉-羧甲基纤维素、透明质酸-甲基纤维素、壳聚糖、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和氨基封端的聚乙二醇(氨基封端的peg)。

7.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物的重均分子量(mw)为80000g/mol至130000g/mol。

8.如权利要求1所述的聚合物固体电解质层叠体,其中,所述含有可交联官能团的聚合物包括选自由以下组成的组的一种或多种:聚乙烯醇(pva)、明胶、甲基纤维素、琼脂、葡聚糖、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酰胺)、淀粉-羧甲基纤维素、透明质酸-甲基纤维素、壳聚糖、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和氨基封端...

【专利技术属性】
技术研发人员:南星铉韩蕙恩金东规
申请(专利权)人:株式会社LG新能源
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1