[发明专利]含有磺酰胺钠或锂盐的新型聚合物、其制备方法及其作为电池电解质的用途

说明书

本发明涉及含有接枝的磺酰胺钠或锂的新型聚合物、其制备方法及其作为电解质在电池中的用途。

本发明涉及含有接枝的磺酰胺锂或钠盐的新型聚合物、其制备方法及其作为锂或钠电池中的电解质的用途。

更具体地，本发明涉及由市售聚合物获得的新型聚合物电解质以及新型锂聚合物型或钠聚合物类型的电池。

数十年来，铅电池已是最常用的。但是，铅技术具有与电池重量、铅的毒性以及腐蚀性液体的使用相关的众多缺点。这导致了碱性电池的开发，其电极基于镍和镉(镍镉电池)，或最近，基于镍和金属氢化物(镍-氢化物电池)，或基于与锌、镉或铁结合的氧化银。所有这些技术都使用氢氧化钾溶液作为电解质，并具有相对于与开发便携设备(例如电话和电脑)相关的需求相对低的质量能量密度的主要缺点。此外，这些电池的重量就其在电动汽车中的用途而言是缺点。

因此，制造商已开发了基于锂电池的新生产线，该锂电池使用其中插入锂的基于碳的负电极，和金属氧化物(特别是钴)，其具有高氧化电势作为正电极。操作原理如下：

在电池的电化学充电期间，锂离子穿过电解质，该电解质是离子导体和电子绝缘体并且在电池的放电期间插在通常由石墨形成的负电极材料中；也就是说，在使用期间，出现相反现象。锂离子被脱出。

在电池中，将电极分开的离子导体或电解质是关键元件。一方面，其状态——液态、固态或凝胶，影响系统的安全性，而另一方面，其导电性决定了操作温度范围。

在锂电池中，通常使用基于有机溶剂和基于溶解盐的液体电解质，所述有机溶剂例如碳酸二亚甲酯或碳酸亚乙酯，所述溶解盐例如六氟磷酸锂LiPF₆或双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(CF₃SO₂)₂NLi。但是，它们不具有与处理腐蚀性和可燃性液体相关的最佳安全条件。此外，这些系统具有能够在电池充电期间形成枝晶的缺点，其可引起电池的短路和破坏。

为了克服这些主要缺点，已开发出新的技术，其基于固体锂阳极聚合物电解质，得到名称“锂聚合物电池”。因此，专利FR 2853320描述了在电解质盐的存在下通过光引发剂进行聚有机硅氧烷的聚合获得的电解质。除了阴离子不固定并迁移进入电解质而在电极处引起极化现象的事实之外，该技术需要碘鎓催化剂，其是特别有毒的。因此Chung-Bo Tsai、Yan-Ru Chen、Wen-Hsien Ho、Kuo-Feng Chiu、Shih-Hsuan Su在专利US 2012/0308899 A1中描述了PEEK磺化成为SPEEK和相应锂盐的制备。该简单的技术使得不可能使负电荷在磺酸盐官能团上具有充分的离域，并且锂离子与磺酸盐官能团过于相互协调而不能达到非常高的电导率。最近，尝试通过含有锂盐用作电解质的单体的聚合固定阴离子的一些作者描述了另一途径。专利FR 2979630和D.Gigmes等人在Nature Materials,12,452-457(2013)中的公开描述了含有电解质的嵌段共聚物的合成，该电解质的阴离子与聚合物结合。显示的电导率是迄今为止对于锂聚合物电池获得的最佳电导率。在该类型的电解质的合成中，起始单体不是商业化的并必须采取若干步骤来制备。此外，用于制备嵌段聚合物的聚合技术相比于其它聚合技术是昂贵的。

为了克服这些缺点，申请人优选朝着较不昂贵的现有聚合物的方向进行。

本发明涉及用作电池电解质或导电聚合物的式I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII、XIII、XIV和XV的新型聚合物

其中：

-M代表锂或钠原子

-R代表

--烷基，其具有1至30个直链或支链碳原子，任选被环烷基、芳基基元(motif)取代；

--环烷基，其任选被芳族基团取代；