[發(fā)明專利]聚合物電解質(zhì)及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980018640.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111886743A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李齊塤;露西婭·金;韓東夾;蔡宗鉉;張完洙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社LG化學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;曲盛

本發(fā)明涉及聚合物電解質(zhì)及其制造方法。更具體地，可以使用可交聯(lián)的可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合劑制造具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率和低交聯(lián)度的聚合物電解質(zhì)膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)要求2018年7月25日提交的韓國專利申請(qǐng)10-2018-0086460號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用整體并入本文。

本發(fā)明涉及具有優(yōu)異的流動(dòng)性和離子傳導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)及其制造方法。

背景技術(shù)

對(duì)于當(dāng)前的便攜式電子裝置，通常使用具有高能量密度的鋰離子二次電池。在這種情況下主要使用的液體電解質(zhì)具有諸如泄漏和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)的問題。為了保護(hù)它們，需要安全電路裝置，并且由于用金屬鞘罐密封以防止泄漏，電池的重量不可避免地增加。另外，由于電池的厚度變厚，因此在電池設(shè)計(jì)方面存在限制。隨著未來電子裝置變得更薄且更柔性化，目前使用液體作為電解質(zhì)的鋰離子二次電池不能滿足所有要求，如小型化、輕量化和柔性。

另一方面，鋰聚合物電池具有高平均電壓和高能量密度。此外，在沒有記憶效應(yīng)的鋰離子二次電池性能的基礎(chǔ)上，鋰聚合物電池還能夠防止電解質(zhì)泄漏到電池外部，從而改善電池的穩(wěn)定性。此外，在鋰聚合物電池的情況下，由于電極和隔膜一體化，表面電阻降低，從而有利于以相對(duì)低的內(nèi)阻進(jìn)行高效率充電和放電。另外，電解質(zhì)膜可以變薄以制造柔性裝置和任何形狀的電池，并且由于不使用金屬鞘罐，因此電池的厚度可以更薄。因此，預(yù)期消費(fèi)者對(duì)穩(wěn)定性、小型化和高容量的需求日益增加的便攜式電子裝置如移動(dòng)電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)的電池將從現(xiàn)有的鋰離子電池大量替換為鋰聚合物電池。此外，預(yù)期鋰聚合物電池應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛等用的高容量鋰二次電池，由此作為下一代電池正得到普及。

鋰聚合物電池與使用液體電解質(zhì)的鋰離子二次電池相比最重要的區(qū)別在于，正極和負(fù)極之間的隔膜由聚合物制成，并且該聚合物隔膜也可以用作電解質(zhì)。在鋰聚合物電池中，通過如固相那樣穩(wěn)定的聚合物電解質(zhì)的內(nèi)部離子轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)。

鋰聚合物電池中使用的聚合物電解質(zhì)正被粗略地分兩部分研究，即本征固體聚合物電解質(zhì)和凝膠型聚合物電解質(zhì)，其中在本征固體聚合物電解質(zhì)的情況下，通過將電解質(zhì)鹽添加到含有雜原子如O、N和S的聚合物中而解離的鹽的離子通過聚合物的鏈段運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，并且其中在凝膠型聚合物電解質(zhì)的情況下，通過將液體電解質(zhì)浸漬到聚合物膜中并與電解質(zhì)鹽一起固定化而獲得離子傳導(dǎo)性。

其中，在凝膠型聚合物電解質(zhì)的情況下，由于在使用時(shí)存在的液體電解質(zhì)發(fā)生泄漏，因此仍然難以確保電池的穩(wěn)定性，并且還存在電池制造工序困難的問題。自從1975年P(guān).V.Wright發(fā)現(xiàn)鈉離子在聚(環(huán)氧乙烷)(PEO)中傳導(dǎo)以來，一直在對(duì)本征固體聚合物電解質(zhì)進(jìn)行研究。本征固體聚合物電解質(zhì)具有高化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，并且具有能夠使用高容量鋰金屬電極的優(yōu)點(diǎn)，但是其具有在室溫下離子傳導(dǎo)率非常低的問題。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本征固體聚合物電解質(zhì)中的離子傳導(dǎo)率與聚合物的鏈的局部運(yùn)動(dòng)程度密切相關(guān)，因此已經(jīng)研究了幾種方法來降低PEO類聚合物電解質(zhì)的高結(jié)晶性，使得解離的離子自由移動(dòng)。

作為其中的一種方法，已經(jīng)進(jìn)行了研究以將低分子量PEO作為側(cè)鏈接枝到具有非常低Tg值的柔性聚合物主鏈上。合成了在兩側(cè)具有不同長度的PEO作為分支的硅氧烷聚合物電解質(zhì)，并且當(dāng)所述硅氧烷聚合物具有六個(gè)PEO重復(fù)鏈時(shí)(其不表現(xiàn)出結(jié)晶性)，在室溫下顯示4.5×10^-4S/cm的高離子傳導(dǎo)率。

為了克服和改善常規(guī)電解質(zhì)的問題，已經(jīng)對(duì)電解質(zhì)的材料和形狀進(jìn)行了各種研究。

韓國專利1232607號(hào)涉及一種鋰二次電池用聚合物電解質(zhì)膜，其包含有機(jī)-無機(jī)雜化共聚物，其中所述有機(jī)-無機(jī)雜化共聚物可以通過可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合(RAFT)來進(jìn)行聚合以形成聚合物電解質(zhì)膜。

另外，韓國專利公開2017-0083387號(hào)涉及一種包含嵌段共聚物的電解質(zhì)，其中所述嵌段共聚物也可以通過RAFT反應(yīng)獲得。