[发明专利]包含聚合物添加剂的嵌段共聚物电解质

说明书

相对于单独的PS‑PEO嵌段共聚物和锂盐，掺入PS‑PEO嵌段共聚物、PXE添加剂和锂盐的聚合物电解质提供改进的物理性质，并因此提供改进的电池性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月30日提交的美国临时专利申请第62/235,499号的优先权，该临时专利申请通过引用并入本文。

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及用于锂电池的电解质，并且更具体地涉及用于固体嵌段共聚物电解质的添加剂。

某些嵌段共聚物电解质包括提供离子导电性的“软”嵌段和提供结构完整性的“硬”嵌段。基于此类嵌段共聚物的聚合物电解质的回弹性(resilience)取决于所谓的“硬”嵌段或“机械”嵌段的热机械性质。当与锂金属电极接触时，对不均匀或树枝状的锂生长的侵入的足够的物理抗性对于防止锂渗透穿过电解质和电池短路是必要的。某些目前的嵌段共聚物电解质使用聚环氧乙烷用于软嵌段，并且使用聚苯乙烯用于硬嵌段。聚苯乙烯是具有良好性质(例如高的玻璃化转变温度(Tg，～100℃))的明确表征的、便宜的聚合物，这些性质允许聚苯乙烯在相当高的温度使用，同时保持高的模量值(>1GPa)和良好的物理弹性(physical resiliency)。将预计这些性质中的任一种的进一步的改进通过提供对锂侵入的甚至更大的物理抗性并且通过允许在甚至更高的温度操作来增加电池性能，这将增加软嵌段的离子电导率。

存在许多具有比聚苯乙烯更好的高温性质并且可以被考虑用作嵌段共聚物电解质中的硬嵌段的聚合物。但这些中的许多是昂贵的工程热塑性塑料，其可能难以或不可能用于与聚(环氧乙烷)形成嵌段共聚物和/或溶解并加工为溶液。

另一种方法将是使用于硬嵌段的聚合物交联。交联可以改进物理性质，但是在加工时需要非常小心，并且可能需要用于表征和控制的另外的加工步骤。如果材料过早地交联，那么其也许不可能经历另外的加工。

附图简述

当结合附图阅读时，本领域技术人员将根据以下例证性实施方案的描述容易地理解前述的方面和其他方面。

图1A、图1B和图1C是二嵌段共聚物和二嵌段共聚物可以形成的域结构(domainstructure)的示意图。

图2A、图2B和图2C是三嵌段共聚物和三嵌段共聚物可以形成的域结构的示意图。

图3A、图3B和图3C是三嵌段共聚物和三嵌段共聚物可以形成的域结构的示意图。

图4是示出根据本发明的实施方案的新颖的新的纳米结构材料的示意图，所述纳米结构材料包括包含PEO的离子导电域(ionically-conductive domain)和包含PS和PXE两者的结构域。

图5是示出根据本发明的实施方案的新颖的新的纳米结构材料的示意图，所述纳米结构材料包括包含PEO的离子导电域和包含PS和PXE两者的结构域。

图6是示出根据本发明的实施方案的新颖的新的纳米结构材料的示意图，所述纳米结构材料包括包含两种类型的聚合物的离子导电域和包含两种类型的聚合物的结构域。

概述

在本发明的一个实施方案中，公开了电解质材料。电解质材料具有第一相，所述第一相由第一聚合物和盐例如锂盐制成。第一相在电解质材料中形成离子导电域。电解质材料具有第二相，所述第二相由第二聚合物和第三聚合物制成。第二相形成邻近离子导电域的结构域。第二相可以是交联的。第一聚合物的至少某些被共价地键合至第二聚合物的至少某些以形成第一嵌段共聚物。在一种布置中，第一聚合物的至少某些被共价地键合至第三聚合物的至少某些以形成第二嵌段共聚物。