[发明专利]基于三嵌段共聚物，特别是聚苯乙烯-聚（环氧乙烷）-聚苯乙烯的固体聚合物电解质

说明书

描述 

技术领域

本发明涉及基于三嵌段共聚物的固体聚合物电解质，该共聚物特别是聚苯乙烯-聚(氧化乙烯)-聚苯乙烯共聚物或者PS-b-PEO-b-PS。 

本发明的技术领域通常可以定义为特别用于锂Li+蓄电池的固体聚合物电解质或者SPE的技术领域。 

可再充电的锂电池或者蓄电池的基本电解槽包括(参见图1)阳极(当放电时)(1)，通常由金属锂构成或者基于碳，和阴极(同前：当放电时)(2)，通常由金属氧化物类型的嵌锂化合物构成，例如LiMn₂O₄，LiCoO₂或者LiNiO₂，中间添加锂离子的导电电解质(3)。 

因此在电池(参见图1)放电期间，如使用，通过以Li+离子形式的阳极(1)在(-)端的氧化释放的锂通过传导电解质(3)移动并通过还原反应插入至(+)末端阴极(2)的活性物质的晶状网格。在蓄电池的内电路中的每一个Li+离子的通道正好被在外电路(4)中的电子的通道补偿，产生可以用来供给在便携式电子设备领域中的多种电器(5)，例如电脑或者电话机，或者在更大功率和能量密度的应用领域中，例如电动车辆。 

在充电期间(图2)，电化学反应是反向的，在(+)端，“阴极”(2)(当放电时的阴极变成当再充电时的阳极)通过氧化释放锂离子，它们通过传导电解质(3)反方向向一端移动，它们在该端中在放电期间循环，并且它们通过在(-)端，“阳极”(1)(类似地，当放电时的阳极变成当再充电时的阴极)还原变成沉淀或者嵌入，在该端中它们可以形成金属锂(6)的树枝状晶体，其是短路的可能的原因。 

在蓄电池中，分开电极的电解质或者离子导体(3)是基本单元。 

该电解质可以是液体或者固体，或者可以是以多孔聚合物膜的形式，例如用液体电解质充满的聚(偏二氟乙烯)(PVDF)或者聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HDP)。 

液体电解质通常基于碳酸酯，例如碳酸丙烯酯，碳酸亚乙基酯和碳 酸二甲基酯。这些液体电解质在室温下具有优良的大约1mS/cm的传导性，并且允许-20～60℃起作用。然而，它们并未提供最佳性能和安全条件，特别是由于在装料期间树枝状结晶的形成，热耗损的问题，可能的泄漏，等等。 

七十年代末，Armand等[1]证明“干燥的”聚合体在Li+电池中可能可以替换液体电解质。基于干燥聚合体的该电解质，例如聚(环氧乙烷)(PEO)，尽管是更安全的，由于缺乏液体，具有对于在室温下使用远远太低的电导值。 

因此，在文件[1]中用由PEO和LiClO₄组成的体系获得的电导率是仅仅10^-7S/cm。 

从那时起，已经积极地寻求在不仅轻便，灵活和易于使用，而且在室温下具有比得上液体电解质的离子电导率的离子电导率的固体聚合物电解质(SPE)领域的研究与开发。在可以提到的固体聚合物电解质中，除了基于PEO的那些，是基于以下的那些： 

或

p＝2-6。 

在这里注意力更特别集中在基于PEO的固体电解质上。

为了增加固体聚合物电解质的PEO基体的电导率，在文献中已经设想了多种方法，其中可以提到，例如： 

-向PEO中加入一小部分矿物纳米填料，例如SiO₂，TiO₂或者Al₂O₃。 

矿物纳米填料的加入具有为获得纳米填料的均匀分散精密实施的缺陷，并且集料的存在降低了电导率和机械性能。 

-PEO链的交联还起主要机械的作用。通过降低片段流动性电导率伴随交联度降低并且降低了(-)端和电解质间界面的性能(在锂的情况下界面阻力增加，钝化，联系的质量降低)。 

与交联有关的缺陷因此主要是电池稳定性的问题和低电导率。 

-PEO大分子单体的共聚。因为大分子链的尺寸具有相同的顺序在电导率方面再次发现PEO的性能，否则机械强度是不足的。并且最终， 

-基于PEO的嵌段共聚物的产生。