[发明专利]高导电性聚合物电解质及包括其的二次电池组

说明书

优先权要求

本申请要求美国临时专利申请61/151,662(在2009年2月11日提交)的权益，所述美国临时专利申请为了所有目的而通过援引将其全部内容在此加入。

发明领域

本发明总体上涉及可用于电池组中的聚合物电解质组合物，并且具体地涉及具有结构相和导电相的多相电解质组合物，并且包括含聚烷氧化物的嵌段共聚物。

发明背景

可再充电池组近些年来受到巨大关注。这样的电池组还逐渐被称为“二次电池组”或甚至称为“蓄电池组”。可以运行它们以储存电荷，并且其后运行以放出电荷以对装置提供电源。通常，这些类型的电池组具有少量的包括电极(具体地，阳极和阴极)的有源元件，其结合在一起以进行可逆的电化学反应。通常，用于改进可再充电池组的性能(例如，耐久性和效率)的努力在许多情况下集中于这些有源元件中的一种或多种的改进。

一种日益流行类型的电池组是采用在基本上聚结块体(cohesive mass)的电解质材料中的金属离子(例如，锂离子)的电池组。当将这种电池组的电化学电池放电时，通常从阳极抽出的锂离子流向阴极。当将电池充电时，发生反向过程。锂离子从阴极抽出并且流向并被插入到阳极中。

单相均匀材料的使用通常不足以用于电池组应用，原因在于不能实现性质如电性质和力学性质的期望平衡。已经采取了努力来探究合适的材料体系，所述材料体系具有多个明显不同的相，其中每一个相有助于改进所述材料的具体加工和/或性能特性。在力学性质和电性质的平衡内，可能存在许多特定的竞争性的考虑和要求。例如，对于许多应用而言，重要的是材料提供相对聚结块体，例如固体，凝胶，膏状物等，其在不受束缚(例如，被外壳束缚)时保持形状，并且其可以在没有撕裂、破碎或其它破坏的情况下被容易地操作。该材料还适宜地将允许有效率的离子迁移率，例如通过提供连续的流动路径。通常需要控制微观结构，从而例如得到多个相的通常均匀的分布。还重要的是材料是耐久的并且经受得住对其将要暴露的动态热条件。在加工过程中以及在其后的相相容性也是考虑因素。阻燃性对于某些应用而言是特别期望的。尽管在其面上的(on its face)表面直观的任务，但是已经证明非常难以实现高性能电解质。需要解决众多竞争性考虑因素，并且任何具体提出的组合的成功还远远不能预测。

为了解决所述考虑因素中的一些，已经提出了共聚物。例如，已经如下描述了包括环氧乙烷基团的接枝共聚物的制备：Giles等(美国专利5,196,484)关于将聚环氧乙烷接枝到ABA嵌段共聚物的B嵌段上，Hata(美国专利5,219,681)等关于包括环氧乙烷嵌段和丙烯嵌段的嵌段共聚物；以及Ohnishi等(美国专利5,424,150)关于用聚环氧乙烷接枝将乙烯乙酸乙烯酯共聚物接枝，所述美国专利都通过援引以其全部内容在本文中加入。用聚环氧乙烷接枝的乙烯和丙烯酸共聚物的实例描述在“Preparation and Characterization of Poly(ethylene-graft-ethylene oxide”，Halldén和B.Wesslén，Journal of Applied Polymer Science，60卷，2495-2501(1996)中。具有聚环氧乙烷接枝的聚苯乙烯聚合物描述在P.Jannasch和B.Wesslén，J.Polymer Science，Part A：Polymer Chemistry，46卷，1519-1529，(1993)中。二胺类与含酸的聚合物的交联反应描述在“Chemical Reactions and Reactivity of Primary，Secondary，and Tertiary Diamines with Acid Functionalized Polymers”，Z.Song和W.Baker，J.Polymer Science，Part A：Polymer Chemistry，30卷，1589-1600(1992)中。

使用嵌段共聚物作为用于解决电池组电解质的竞争性需求的方法的一般概念可能看起来是直接解决方案。但是使用这些材料的努力是不稳定的并且不成功的。例如，已经将某些嵌段共聚物在电解质组合物中进行评价，但是其表现出困难，例如差的热稳定性，不充分的力学特性，或没有获得电池组应用所需的电导率(例如，离子电导率)。