[發明專利]含有磺酰胺鈉或鋰鹽的新型聚合物、其制備方法及其作為電池電解質的用途

有效

• 申請號: 201580051067.0
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN107004455B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: J-R.德米爾;E.杜納赫克利內;P.克瑙特;V.莫里聚爾;S.奧利韋羅
• 申請（專利權）人: CDP創新公司;法國國家科學研究中心;艾克斯－馬賽大學
• 主分類號: H01B1/12
• 分類號: H01B1/12;H01M10/0565;C08J5/22;H01M10/052;H01M10/054
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 段菊蘭;李炳愛

本發明涉及含有接枝的磺酰胺鈉或鋰的新型聚合物、其制備方法及其作為電解質在電池中的用途。

本發明涉及含有接枝的磺酰胺鋰或鈉鹽的新型聚合物、其制備方法及其作為鋰或鈉電池中的電解質的用途。

更具體地，本發明涉及由市售聚合物獲得的新型聚合物電解質以及新型鋰聚合物型或鈉聚合物類型的電池。

數十年來，鉛電池已是最常用的。但是，鉛技術具有與電池重量、鉛的毒性以及腐蝕性液體的使用相關的眾多缺點。這導致了堿性電池的開發，其電極基于鎳和鎘(鎳鎘電池)，或最近，基于鎳和金屬氫化物(鎳-氫化物電池)，或基于與鋅、鎘或鐵結合的氧化銀。所有這些技術都使用氫氧化鉀溶液作為電解質，并具有相對于與開發便攜設備(例如電話和電腦)相關的需求相對低的質量能量密度的主要缺點。此外，這些電池的重量就其在電動汽車中的用途而言是缺點。

因此，制造商已開發了基于鋰電池的新生產線，該鋰電池使用其中插入鋰的基于碳的負電極，和金屬氧化物(特別是鈷)，其具有高氧化電勢作為正電極。操作原理如下：

在電池的電化學充電期間，鋰離子穿過電解質，該電解質是離子導體和電子絕緣體并且在電池的放電期間插在通常由石墨形成的負電極材料中；也就是說，在使用期間，出現相反現象。鋰離子被脫出。

在電池中，將電極分開的離子導體或電解質是關鍵元件。一方面，其狀態——液態、固態或凝膠，影響系統的安全性，而另一方面，其導電性決定了操作溫度范圍。

在鋰電池中，通常使用基于有機溶劑和基于溶解鹽的液體電解質，所述有機溶劑例如碳酸二亞甲酯或碳酸亞乙酯，所述溶解鹽例如六氟磷酸鋰LiPF₆或雙(三氟甲磺酰基)亞胺鋰(CF₃SO₂)₂NLi。但是，它們不具有與處理腐蝕性和可燃性液體相關的最佳安全條件。此外，這些系統具有能夠在電池充電期間形成枝晶的缺點，其可引起電池的短路和破壞。

為了克服這些主要缺點，已開發出新的技術，其基于固體鋰陽極聚合物電解質，得到名稱“鋰聚合物電池”。因此，專利FR 2853320描述了在電解質鹽的存在下通過光引發劑進行聚有機硅氧烷的聚合獲得的電解質。除了陰離子不固定并遷移進入電解質而在電極處引起極化現象的事實之外，該技術需要碘鎓催化劑，其是特別有毒的。因此Chung-Bo Tsai、Yan-Ru Chen、Wen-Hsien Ho、Kuo-Feng Chiu、Shih-Hsuan Su在專利US 2012/0308899 A1中描述了PEEK磺化成為SPEEK和相應鋰鹽的制備。該簡單的技術使得不可能使負電荷在磺酸鹽官能團上具有充分的離域，并且鋰離子與磺酸鹽官能團過于相互協調而不能達到非常高的電導率。最近，嘗試通過含有鋰鹽用作電解質的單體的聚合固定陰離子的一些作者描述了另一途徑。專利FR 2979630和D.Gigmes等人在Nature Materials,12,452-457(2013)中的公開描述了含有電解質的嵌段共聚物的合成，該電解質的陰離子與聚合物結合。顯示的電導率是迄今為止對于鋰聚合物電池獲得的最佳電導率。在該類型的電解質的合成中，起始單體不是商業化的并必須采取若干步驟來制備。此外，用于制備嵌段聚合物的聚合技術相比于其它聚合技術是昂貴的。

為了克服這些缺點，申請人優選朝著較不昂貴的現有聚合物的方向進行。

本發明涉及用作電池電解質或導電聚合物的式I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII、XIII、XIV和XV的新型聚合物

其中：

-M代表鋰或鈉原子

-R代表

--烷基，其具有1至30個直鏈或支鏈碳原子，任選被環烷基、芳基基元(motif)取代；

--環烷基，其任選被芳族基團取代；