本发明专利技术公开了凝胶电解质，所述凝胶电解质包含聚合物，所述聚合物是聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)；锂盐；和溶剂，所述溶剂是碳酸酯溶剂、内酯溶剂或其混合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的导电性和溶剂保留的PAN-PEO凝胶相关申请的交叉引用本申请要求2010年6月8日在印度提交且具有申请号1751/MUM/2010的相应专利申请的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
技术介绍
电池是通过电化学反应将化学能转化成电能的装置。由于对便携式电子装置例如行动电话、笔记本电脑持续增长的市场，对改善的能源也有增加的需求。现在大多数电子产品使用“现有技术的”电池，然而，这些电池的性能仍留有许多期待。另一方面是许多现有电池中使用的重金属引起的环境威胁。随着社会变得更意识到这些问题，对环境友好的电池元件的需求正在增加。消费者需要的许多电子装置受到其电源的限制。从电动汽车到行动电话，电池技术的进展没有跟上电子装置电能需求的步伐。已将锂金属电池作为用于这些装置的下一代电源的目标，因为锂具有最大的正电位(-3. 04V，对标准氢电极)、最低的当量重量(6. 94g/mol)、最低的比重(0.53g/cm3)和最高的质量比。与其它电池体系比较，这些性质有助于设计具有较高能量密度的存储体系。电池包括至少三个主要元件阴极、电解质和阳极。阴极是发生还原反应的电极，而阳极是发生氧化反应的电极。电解质是电子绝缘体和良好的离子导体。电解质的主要功能之一是提供从一个电极到另一个电极的迁移介质。尽管在电池开发中已经取得显著进展，但数种因素诸如电解质，已经限制了其商业化使 用。电解质应当是化学和电化学稳定的、机械性强的、安全的和廉价的。液体电解质有助于高离子迁移率。然而，由于涉及泄漏和易燃性的安全性考虑，通常阻止在锂电池体系中使用液体电解质。虽然固体电解质，诸如陶瓷和聚合物电解质，防止了蒸汽压的形成和泄漏问题，但这些材料中的离子迁移对于典型电池应用通常太低。理想地，电解质将具有液体的电学性质和固体的机械性质。这样一种电解质将既作为电解质也作为隔板，并且将为电池提供机械挠性，一种含有常规液体电解质的电池达不到的性质。凝胶电解质同时具有固体的内聚性质和液体的扩散迁移性。这种二重性使凝胶能够得到多种应用。凝胶可以由化学或物理的连接过程获得。凝胶电解质中大量增塑剂的使用导致诸如但不限于机械强度的损失和溶剂渗出的问题，其随后导致热、化学和电化学不稳定性。基于聚丙烯腈(PAN)的凝胶电解质是广泛研究的体系。其结构溶胀并允许高溶剂吸入量( 80重量％)。高溶剂吸入量是所希望的，因为其导致高离子电导率。预期PAN凝胶电解质的电导率接近相应的液体电解质的电导率，但发现比液体电解质的电导率小一个数量级。专利技术概述在广泛的方面上，一个示例实施方案提供具有改善电导率的基于PAN的凝胶电解质。另一个不例实施方案提供具有闻机械强度的基于PAN的凝I父电解质。另一个不例实施方案提供具有闻溶剂保留的基于PAN的凝I父电解质。这样，示例实施方案的一个方面提供凝胶电解质，所述凝胶电解质包含约18至约22重量％的聚合物；约6至约8重量％的锂盐；和溶剂，包括碳酸酯溶剂、内酯溶剂或其混合物；其中，所述聚合物包括聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)，PAN与PEO的重量比为约6 :1至1: 2。在另一方面中，示例实施方案提供凝胶电解质，所述凝胶电解质包含约18至约22重量％的聚丙烯腈(PAN)；约6至约8重量％的锂盐；和溶剂，包括碳酸酯溶剂、内酯溶剂或其混合物。示例实施方案的另一方面提供包含所述实施方案的任一种凝胶电解质的电池。实施方案的另一方面提供用于制备所述实施方案的任一种凝胶电解质的方法。上述概述仅是说明性的并且无意是以任何方式限定的。除了上述说明性的方面、实施方案及特征，进一步的方面、实施方案及特征将通过参考附图和下列详细描述变得显而易见。附图简述`附图说明图1显示基于PAN-PEO-EC- y BL的凝胶电解质的无孔形态。专利技术详述在以下的详细描述中参考了附图，所述附图形成了本说明书的一部分。在附图中，相同的符号一般表示相同的元件，除非上下文另外规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意味是限定性的。在不背离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施方案，并且可以进行其它改变。将容易理解的是，可以以广泛的多种不同构造来安排、替换、合并和设计如本文中一般描述和附图中图解的本公开内容的方面，对其全部明确地考虑并使之成为本公开内容的一部分。PAN凝胶电解质的离子电导率减小归因于强烈结合到PAN的锂离子的受阻。聚环氧乙烷(PEO)不如PAN与锂离子结合那样强烈。还已知PEO在无定形相中盐的溶解度低。PEO在碳酸酯溶剂中完全溶解而不是溶胀。PEO在碳酸酯溶剂中的这种溶解阻碍了其在凝胶电解质中的应用。虽然无意于受任何理论约束，但本文中，相信PAN被PEO部分取代以减少锂离子配位点的数目，并且因此提高锂离子在凝胶电解质中的迁移率。在一个方面中，本公开内容提供了一种凝胶电解质，所述凝胶电解质包含约18至约22重量％的聚合物；约6至约8重量％的锂盐；和溶剂，包括碳酸酯溶剂、内酯溶剂或其混合物；其中，所述聚合物包括聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)。在说明性实施方案中，聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)的重量比为PAN比PEO为约6 I至约1: 2。在示例实施方案的方法中，可以使用选自宽范围分子量的聚丙烯腈。除非另外定义，这里指出的聚合物分子量为重均分子量(Mw)。在这些实施方案中，可以使用具有约5，000g/mol至约1000，000g/mol的分子量的PAN。一些PAN可以具有约50，000至约300，OOOg/mol的分子量。其它PAN可以具有约50，000至约250，000g/mol的分子量。在一些实施方案中，PAN的分子量是约100，000至约200，OOOg/mol。在又另一些实施方案中，PAN的分子量是约100，000至1000，000g/mol。在再另一些实施方案中，PAN的分子量是约150，000g/molo还可以使用具有不同分子量的PAN的混合物。在实施方案的方法中，可以使用选自宽范围分子量的聚环氧乙烷。除非另外定义，这里指出的聚合物分子量为重均分子量(Mw)。所述实施方案中有用的特定PEO是具有约5，000至约800，000g/mol分子量的那些PE0。一些特定PEO具有约50，000至约500，OOOg/mol的分子量。其它特定PEO具有约100，000至约400，000g/mol的分子量。在一个实施方案中，PEO的分子量是约200，000g/mol至约350，000g/mol。在又另一些实施方案中，PEO的分子量是约200，000至800，000g/mol。在再另一些实施方案中，PEO的分子量是约300，000g/molo还可以使用具有不同分子量的PEO的混合物。在另一个说明性实施方案中，本公开内容提供如上所述的凝胶电解质，其中聚合物为约12至约24重量％，并且聚合物包括聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)。在又另一个实施方案中，凝胶电解质包含约21重量％的聚合物。在一个示例实施方·案中，本公开内容提供如上所述的凝胶电解质，其中聚合物包括聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)，PAN与PEO的重量比为约6 :1至3 : 4。在另一实施方案中，凝胶电解质以约6 1，或5 :1;或4 :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】2010.06.08 IN 1751/MUM/20101.一种凝胶电解质，所述凝胶电解质包含 约18至约22重量％的聚合物； 约6至约8重量％的锂盐；和 溶剂，其包含碳酸酯溶剂、内酯溶剂或其混合物； 其中，所述聚合物基本上由聚丙烯腈(PAN)和聚环氧乙烷(PEO)组成，PAN与PEO的重量比为约6 :1至1: 2。2.根据权利要求1所述的凝胶电解质，其中所述聚合物为约21重量％。3.根据权利要求1或2所述的凝胶电解质，其中PAN与PEO的重量比为约6: 1、5 : 2或 4 3。4.根据任一项上述权利要求中所述的凝胶电解质，其中所述锂盐是高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。5.根据任一项上述权利要求中所述的凝胶电解质，其中所述锂盐是高氯酸锂。6.根据任一项上述权利要求中所述的凝胶电解质，其中所述锂盐以约6.3至约7. 5重量％存在。7.根据任一项上述权利要求中所述的凝胶电解质，其中所述溶剂是碳酸酯溶剂。8.根据权利要求7所述的凝胶电解质，其中所述碳酸酯溶剂是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯或其混合物。9.根据权利要求1-6中任一项所述的凝胶电解质，其中所述溶剂是内酯溶剂。10.根据权利要求9所述的凝胶电解质，其中所述内酯溶剂是￠-丙内酯、Y-丁内酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉马穆尔蒂·巴拉吉，阿吉特·R·库尔卡尼，拉曼·S·斯里尼瓦萨，
申请(专利权)人：印度孟买技术研究院，
类型：
国别省市：
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