[发明专利]用于电化学电池的聚氨酯基电解质体系

说明书

发明背景

本发明涉及一种电解质体系，其包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物。本发明还提供一种电化学电池，其使用这样的电解质体系。

人们有大量的兴趣在于开发更安全、更好和更有效的方法来存储能量，用于应用例如可以提及的少数几个是无线电通信、卫星、便携式计算机和电动车辆。还进行了大量的努力来开发高能量的、成本有效的电池组，其具有改进的性能特性，特别是与本领域已知的存储系统相比更是如此。

可再充电的电池或者二次电池比原电池、不可再充电的电池是更令人期望的，这是因为在电池组的正电极和负电极处发生的相关化学反应是可逆的。用于二次电池的电极可以通过在其上施加电荷而能够多次再生(即，再充电)。已经开发了许多的高级电极系统来存储电荷。同时，已经进行了许多努力来开发能够增强电化学电池的容量的隔膜和电解质。

迄今为止，电解质具有液体电解质(如常规的湿电池电池组中所发现的)或者固体膜(如可用于更新的更高级的电池组系统)。每个的这些系统具有固有的局限和相关的不足，这使得它们不适于不同的应用。

液体电解质虽然表现出可接受的离子传导率，但是倾向于从它们密封在其中的电池中泄露出来。虽然更好的制造技术已经减少了泄露的发生率，但是电池随着时间的变化仍然会泄露出潜在的危险液体电解质。对于目前的锂离子电池更是如此。此外，电池的任何泄露减少了电池中可利用的电解质的量，因此降低了电池的效力。使用液体电解质的电池也不能用于全部尺寸和形状的电池组。对于电化学电池的安全关注通常集中在电解质体系，其经常是易燃液体溶液。因此，需要这样的电解质体系，其控制、减少或者甚至消除了与常规的电解质体系和它们用于其中的电池有关的安全风险。

一组选项是固体电解质，其没有泄露的问题。但是，它们的性能明显差于液体电解质。例如常规的固体电解质的离子传导率是10-⁵S/cm(其代表了西门子/厘米)，而可接受的离子传导率通常被认为>10-³S/cm。良好的离子传导率是确保电池组系统能够传递可用量的功率到给定应用所必需的。良好的传导率是例如蜂窝电话和卫星所需的高速操作所必需的。因此固体电解质对于许多高性能电池组系统是不足的。

固体聚合物电解质的例子包括干固体聚合物系统，在其中聚合物例如聚氨酯与干燥或粉末形式的电解质盐混合。这些类型的系统公开在例如下面：Ionic Conductivity of Polyether-Polyurethane Networks Containing Alkali Metal Salts.An Analysis of the Concentration Effect，Macromolecules，第17卷第1期，1984，第63-66页，Killis等人；和Poly(dimethylsiloxane)--Poly(ethylene oxide)Based Polyurethane Networks Used As Electrolytes in Lithium Electrochemical Solid State Batteries，Solid State Ionics，15(1985)233-240，Bouridah，等人。不幸的，这些干燥系统如上面公开的固体电解质那样特征在于相当差的离子传导率。

已经提出的一种解决方案涉及将所谓的凝胶电解质用于电化学系统。凝胶或塑化的聚合物系统是湿系统，非干燥，如上所述。迄今为止大多数凝胶电解质体系基于均聚物，即，单个聚合物系统。均聚物基凝胶电解质是不成功的，因为它们倾向于在更高浓度的电解质溶剂中溶解，因此失去了机械完整性。

因此需要一种新的电解质体系，其合并了固体电解质所提供的机械稳定性和泄露自由度与液体电解质的高离子传导率。

换言之，需要改进的电解质体系以及改进的电化学电池，其使用这样的电解质体系，其解决了在目前的选项中所见的问题。

发明内容

本发明提供：用于电化学电池的聚氨酯基电解质体系，其由所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制成；并且该电化学电池它本身使用了这样的电解质体系。本发明进一步提供了这样的电化学电池，这里：(i)该电池的电极是使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制成的复合电极；(ii)该电池的分隔体和/或隔膜是由所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制成的；或者(iii)它们的组合。