聚电解质与储能元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种储能技术，尤其是涉及一种聚电解质以及储能元件。
【背景技术】
[0002] 随着人们对于高功率和高能量密度的锂二次电池需求不断地提高，越来越多研宄 单位致力于提升其安全性及稳定性。又由于人们对于便携型电子产品依赖度提升，并且期 望增加电化学储能装置在车辆、不断电系统等中的应用，锂二次电池的安全性必须进一步 被严格要求，特别是用于高空飞行的飞机或是航天飞机等。目前对于安全性的相关研宄通 常专注于发展阻燃添加剂、固态电解质或是新电解液系统等，这些都是为了要改善液态电 解液的种种问题并增加电化学储能元件的热稳定性，并且期望能有效减少或是完全不使用 高挥发性、易燃的有机溶剂。
[0003] 固态电解质中的聚电解质为阴离子或阳离子以共价键连接于高分子的重复单元 上，又称单离子导体（Single Ion Conductor，SIC)。由于阴离子或阳离子固定在高分子链 上，此离子并不会造成浓度梯度变化，可以降低盐类沉积于电极或隔离膜的可能性，延长元 件循环特性。
[0004] 上述聚电解质虽然可以抑制锂金属的沉积穿刺，增加锂电池安全性，并且在尺寸 及形状上可弹性制备，适用于各种锂电池，但其较差的离子导电度（固态高分子电解质 为~1(T 5S/Cm，单离子导体为~1(T6S/Cm) -直阻碍其应用与商业化。
【发明内容】
[0005] 本发明的聚电解质包括第一链段以及第二链段，其中第一链段结构为式（1)与式 (2)中至少之一；第二链段结构为式（3)与式（4)中至少之一。
[0006]
【主权项】
1. 一种聚电解质，包括第一链段以及第二链段，其特征在于 所述第一链段结构为式（1)与式（2)其中至少之一：
式（1)中，札~R8各自独立为H、F或
η = 1~10, X = 1~1000 ;
式⑵中，R9~R11各自独立为H、F或
或-CN，η = 1 ~10, y = 1 ~1000 ; 所述第二链段结构为式（3)与式（4)其中至少之一：
式⑶中，R15~R17各自独立为H、F或
％S03-M+、P0 4_M+ 或 COCTM+，η = 1 ~10, M+为 H +、Li+、Na+或 K +，p = 1 ~500 ;
(4) 式⑷中，R21~R 23各自独立为H、F或
，Rm~R 28各自独立为H、F、
或
SO3If、PO4If 或 COO 】+，η = 1 ~10, M+为 H +、Li+、Na+或 K +，q = 1 ~500〇
2. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段与所述第二链段是交错、重复或 随机排列的。
3. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段的分子量在10000~90000之间。
4. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第二链段的分子量在10000~30000之间。
5. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第一链段分子重复单元X或y为300~ 900 〇
6. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述第二链段分子重复单元p或q为50~200。
7. 如权利要求1所述的聚电解质，其中所述聚电解质，在室温、不含任何溶剂或电解液 的情形下，离子导电度大于l(T5S/cm。
8. -种聚电解质，包括第一链段、第二链段以及第三链段，且所述第三链段在所述第一 链段与所述第二链段之间，其特征在于 所述第一链段结构为式（1)与式（2)其中至少之一：
式（1)中，札~R8各自独立为H、F或
η = 1~10, X = 1~1000 ;
SO3If、PO4If或 COO lf，η = 1 ~10, M+为 H +、Li+、Na+或 K +，q = 1 ~500 ; 所述第三链段结构为式（5):
式（5)中，R31~R36各自独立为H、F或η = 1~10, w = 1~500。
11 ，
9. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第一链段、所述第二链段与所述第三链段 是交错、重复或随机排列的。
10. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第一链段的分子量在10000~90000之
11. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第二链段的分子量在10000~30000之
12. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第三链段的分子量在10000~20000之 间。
13. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第一链段分子重复单元X或y为300~ 900 〇
14. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第二链段分子重复单元p或q为50~ 200 〇
15. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述第三链段分子重复单元w为100~400。
16. 如权利要求8所述的聚电解质，其中所述聚电解质，在室温、不含任何溶剂或电解 液的情形下，离子导电度大于l(T5S/cm。
17. -种储能元件，特征在于所述储能元件包括如权利要求1至16任意一项所述的聚 电解质，其中所述聚电解质通过混合、涂布、包覆或添加应用于所述储能元件中。
18. 如权利要求17所述的储能元件，其中所述储能元件包括锂离子一次电池、锂离子 二次电池、电容器、超级电容器、燃料电池、金属硫电池或金属空气电池。
19. 如权利要求17所述的储能元件，还包括在所述聚电解质中添加的塑化剂。
20. 如权利要求19所述的储能元件，其中所述塑化剂包括邻苯二甲酸二（2-乙基己 基）酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二异丁酯。
21. 如权利要求17所述的储能元件，还包括在所述聚电解质中添加的高介电系数溶剂 或液态电解液。
22. 如权利要求21所述的储能元件，其中所述高介电系数溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸 乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲基乙基酯。
23. 如权利要求21所述的储能元件，其中所述液态电解液包括所述高介电系数溶剂与 溶于所述高介电系数溶剂的锂盐。
24. 如权利要求23所述的储能元件，其中所述锂盐包括1^??6、1^8?4、1^(：10 4或1^了?51。
【专利摘要】本发明公开了一种聚电解质与储能元件，所述聚电解质包括第一链段以及第二链段，其中第一链段结构为式(1)与式(2)中至少之一；第二链段结构为式(3)与式(4)中至少之一。所述聚电解质会进行微相分离而形成纳米等级有序的自组装微结构。
【IPC分类】H01M10-0565, H01M6-22, H01G11-56, H01M8-10, H01G9-025
【公开号】CN104752762
【申请号】CN201410833628
【发明人】赵崇翔, 蔡丽端, 方家振, 张志清, 赵基扬, 刘昆霖
【申请人】财团法人工业技术研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年12月29日
【公告号】US20150183897