专利名称：具有固体聚合物电解质的高温锂电池的利记博彩app
技术领域：
本发明总的涉及应用固体聚合物电解质并可以在高温下工作的电化学电池。
背景技术：
在此提到的所有出版物出于所有目的通过引用整体并入，犹如在此充分阐述。对锂二次电池日益增长的需求导致针对改善其安全性和性能的研究和开发。许多电池采用液体电解质，并且与高度挥发性、可燃性和化学反应性相关。出于这种考虑，使用锂基电池系统以及固体电解质的想法引起了极大的兴趣。对于锂离子电池，锂固体聚合物电解质可充电电池是一种特别有吸引力的技术，因为除了其他好处外，固体聚合物电解质具有高热稳定性、低自放电速率、在各种环境条件下稳定运行、增强的安全性、电池配置的灵活性、最小的环境影响以及低材料成本和处理成本。此外，固体聚合物电解质能够使用锂金属阳极，该锂金属阳极比传统的锂离子阳极提供更高的能量密度。尽管固体聚合物电解质具有许多优点，但是其应用受到无法开发出同时具有高离子电导率和良好机械性能的电解质的制约。这种困难的产生是因为根据标准机理，高离子电导率需要高聚合物链移动性。但是根据标准机理，高聚合物链移动性趋向于产生机械上柔软的聚合物。例如，原型聚合物电解质是一种由聚环氧乙烷(PEO)/盐混合物组成的电解质。PEO通常在室温下提供良好的机械性能。然而，PEO在室温下大部分是结晶的。结晶结构通常限制链的移动性，从而降低电导率。在高温(即，高于聚合物的熔点)下操作PEO电解质通过增加链的移动性解决了电导率的问题，且因此改善了离子电导率。然而，增加的电导率以材料机械性能的弱化为代价。在较高温度下，聚合物不再是刚性的。现已提出嵌段共聚物是可能同时具有良好机械性能和良好电导率的材料。通过使用两个或更多个嵌段的微相分离的嵌段共聚物，至少一个嵌段可以赋予机械完整性，同时至少一个嵌段可以赋予高电导率。聚合物电解质与液体电解质相比受到不良电导率的困扰。聚合物电解质在较高温度下较好地导电，且在> 110°c的非常高的温度下操作时电化学电池的电导率与室温下的液体电解质相似。然而，这必须与机械嵌段的熔解温度进行权衡。到目前为止，还没有报道过可以在高温(> 150°c )下操作，同时保持高机械强度的嵌段共聚物。因此，曾经有并且仍然有对具有这样一种电解质材料的电池的强烈需求，该电解质材料具有足够的机械稳定性，以在可以优化离子电导率的高温下操作。
图1示出了作为温度的函数的PS-PE0嵌段共聚物和示例性PXE-PE0嵌段共聚物 的模量测量。图2是根据本发明的一个实施方式的二嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意 图。图3是根据本发明的一个实施方式的三嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意 图。图4是根据本发明的另一实施方式的三嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意 图。图5示出了具有从阳极伸出的形成的树枝状物的电化学电池。图6是离子电导率随温度变化的图，显示电导率随着温度的升高而增加。图7是示出了根据本发明的一个实施方式用于操作电化学电池的步骤的示意图。
发明内容
本文公开了采用具有高软化温度的新微相域聚合物材料的电化学电池。该聚合物 具有离子导电聚合物域和结构聚合物域，该结构聚合物域的软化温度(Ts)比之前离子导电 聚合物中可能具有的软化温度(TJ。在本发明的一个实施方式中，微相域聚合物材料具有 由离子导电均聚物组成的域和由具有高软化温度(Ts)的结构均聚物组成的域。离子导电 聚合物和结构聚合物自行成序，并且微相分离。在本发明的又一实施方式中，微相域聚合物 材料是包括离子导电聚合物嵌段和具有高软化温度(Ts)的结构聚合物嵌段的嵌段共聚物。 微相域聚合物材料与盐类(诸如锂盐)相结合，从而产生在所需的高工作温度下为固体的 离子导电材料以用于电池等。对于本公开内容而言，我们使用术语“软化温度(Ts) ”来指玻璃化转变温度(针对 玻璃态聚合物)或熔解温度(针对结晶聚合物)。在许多实施方式中，我们讨论了玻璃态聚 合物，所以我们使用术语“玻璃化转变温度(Tg)”。应当理解对于其中使用了结晶聚合物的 实施方式而言，术语“熔解温度(TJ”可以代替Tg。先前已经公开了基于聚苯乙烯(PS)和聚环氧乙烷(PE0)的嵌段共聚物的高导电 聚合物电解质，例如，在提交于2008年10月1日的美国专利申请号12/225934、提交于2008 年11月14日的美国专利申请号12/2711828以及提交于2009年1月16日的国际专利申 请号PCT/US09/31356中，所有这些申请均通过引用包括在本文中。这些聚合物的近似化学 结构如下面的(1)所示，其中m和n分别为聚苯乙烯和聚环氧乙烷嵌段的重复单元数。
权利要求
1.一种电化学电池，该电池包含 负电极； 正电极； 放置在所述负电极和所述正电极之间的微相分离的固体聚合物电解质，所述电解质包含: 第一聚合物相，所述第一相提供离子电导率；以及 第二聚合物相，所述第二相提供机械结构，且所述第二相具有不低于190°c的软化温度。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述负电极的所述熔点低于所述第二聚合物相的所述软化温度。
3.如权利要求1所述的电池，其中所述负电极的所述熔点不高于约180°C。
4.如权利要求1所述的电池，其中所述负电极包含锂。
5.如权利要求1所述的电池，其中所述第一相选自聚醚、聚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、烷基碳酸酯、聚腈、聚硅氧烷、聚膦嗪、聚烯烃、聚二烯及其组合。
6.如权利要求1所述的电池，其中所述第一相包含具有主链和侧基的梳状聚合物。
7.如权利要求6所述的电池，其中所述主链选自聚硅氧烷、聚膦嗪、聚醚、聚二烯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯及其组合。
8.如权利要求7所述的电池，其中所述侧基选自低聚醚、取代的低聚醚、腈基、砜、硫醇、聚醚、聚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、烷基碳酸酯、聚腈、其他极性基团及其组合。
9.如权利要求1所述的电池，其中所述第二相选自聚(苯醚)、聚(2，6_二甲基-1，4-苯醚)(PXE)、聚(苯硫醚)、聚(苯硫醚砜)、聚(苯硫醚酮)、聚(苯硫醚酰胺)、聚(苯硫醚酮酮)、聚(醚醚酮)、聚砜及其组合。
10.如权利要求1所述的电池，其中多个至少两种均聚物形成所述第一相和所述第二相，所述均聚物能够通过自组装进行微相分离。
11.如权利要求1所述的电池，其中多个嵌段共聚物形成所述第一相和所述第二相。
12.如权利要求11所述的电池，其中所述嵌段共聚物结构包含以下结构——Ar^X-(CH2)nCHO-- R5—」a L」 其中Ar选自
13.如权利要求12所述的电池，其中所述嵌段共聚物结构还包含具有以下结构的额外基团
14.一种电化学电池，该电池包含 负电极； 正电极； 放置在所述负电极和所述正电极之间的固体聚合物电解质，所述电解质包含多个嵌段共聚物链的缔合，每个链包含 至少一个离子导电嵌段； 与所述离子导电嵌段不混溶的至少一个PXE嵌段； 其中所述链以包含以下的连续基质的有序纳米结构排列 由离子导电嵌段的缔合限定的第一域；以及 由PXE嵌段的缔合限定的第二域。
15.一种操作电化学电池的方法，该方法包括以下步骤 (a)提供电化学电池，该电池包含 ⑴正电极； (ii)包含锂金属的负电极；以及 (iii)放置在所述负电极和所述正电极之间的微相分离的固体聚合物电解质，所述电解质包含 1.第一聚合物相，所述第一相提供离子电导率；以及 2.第二聚合物相，所述第二相具有不低于190°C的软化温度； (b)将所述电池加热至工作温度； (c)给所述电池充电；以及 (d)当所述电池放电时，使所述电池为外部负载提供能量。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述工作温度不高于160°C。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述工作温度不高于125°C。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述工作温度不高于100°C。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括步骤 (e)给所述电池再充电。
全文摘要
公开了使用由基于聚(2，6-二甲基-1，4-苯醚)和其他高软化温度聚合物的新型聚合物组合物制成的电解质的电化学电池。这些材料具有微相域结构，该微相域结构具有离子传导相和具有良好机械强度及高软化温度的相。在一种配置中，结构嵌段具有约210℃的软化温度。这些材料可用均聚物或嵌段共聚物制成。这样的电化学电池可以在比以前可能工作的温度更高的温度下安全地工作，特别是在锂电池中。电解质的离子电导率随着温度的升高而增加。
文档编号H01M10/0562GK103026542SQ201180034530
公开日2013年4月3日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者锦·杨, H·B·埃陶尼, M·辛 申请人:西奥公司