[发明专利]聚合物电解质及其制造方法

说明书

本发明涉及聚合物电解质及其制造方法。更具体地，可以使用可交联的可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合剂制造具有优异的离子传导率和低交联度的聚合物电解质膜。

技术领域

本申请要求2018年7月25日提交的韩国专利申请10-2018-0086460号的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及具有优异的流动性和离子传导率的聚合物电解质及其制造方法。

背景技术

对于当前的便携式电子装置，通常使用具有高能量密度的锂离子二次电池。在这种情况下主要使用的液体电解质具有诸如泄漏和爆炸的风险的问题。为了保护它们，需要安全电路装置，并且由于用金属鞘罐密封以防止泄漏，电池的重量不可避免地增加。另外，由于电池的厚度变厚，因此在电池设计方面存在限制。随着未来电子装置变得更薄且更柔性化，目前使用液体作为电解质的锂离子二次电池不能满足所有要求，如小型化、轻量化和柔性。

另一方面，锂聚合物电池具有高平均电压和高能量密度。此外，在没有记忆效应的锂离子二次电池性能的基础上，锂聚合物电池还能够防止电解质泄漏到电池外部，从而改善电池的稳定性。此外，在锂聚合物电池的情况下，由于电极和隔膜一体化，表面电阻降低，从而有利于以相对低的内阻进行高效率充电和放电。另外，电解质膜可以变薄以制造柔性装置和任何形状的电池，并且由于不使用金属鞘罐，因此电池的厚度可以更薄。因此，预期消费者对稳定性、小型化和高容量的需求日益增加的便携式电子装置如移动电话、笔记本电脑和数码相机的电池将从现有的锂离子电池大量替换为锂聚合物电池。此外，预期锂聚合物电池应用于混合动力电动车辆等用的高容量锂二次电池，由此作为下一代电池正得到普及。

锂聚合物电池与使用液体电解质的锂离子二次电池相比最重要的区别在于，正极和负极之间的隔膜由聚合物制成，并且该聚合物隔膜也可以用作电解质。在锂聚合物电池中，通过如固相那样稳定的聚合物电解质的内部离子转移来实现离子传导。

锂聚合物电池中使用的聚合物电解质正被粗略地分两部分研究，即本征固体聚合物电解质和凝胶型聚合物电解质，其中在本征固体聚合物电解质的情况下，通过将电解质盐添加到含有杂原子如O、N和S的聚合物中而解离的盐的离子通过聚合物的链段运动而移动，并且其中在凝胶型聚合物电解质的情况下，通过将液体电解质浸渍到聚合物膜中并与电解质盐一起固定化而获得离子传导性。

其中，在凝胶型聚合物电解质的情况下，由于在使用时存在的液体电解质发生泄漏，因此仍然难以确保电池的稳定性，并且还存在电池制造工序困难的问题。自从1975年P.V.Wright发现钠离子在聚(环氧乙烷)(PEO)中传导以来，一直在对本征固体聚合物电解质进行研究。本征固体聚合物电解质具有高化学和电化学稳定性，并且具有能够使用高容量锂金属电极的优点，但是其具有在室温下离子传导率非常低的问题。

已经发现本征固体聚合物电解质中的离子传导率与聚合物的链的局部运动程度密切相关，因此已经研究了几种方法来降低PEO类聚合物电解质的高结晶性，使得解离的离子自由移动。

作为其中的一种方法，已经进行了研究以将低分子量PEO作为侧链接枝到具有非常低Tg值的柔性聚合物主链上。合成了在两侧具有不同长度的PEO作为分支的硅氧烷聚合物电解质，并且当所述硅氧烷聚合物具有六个PEO重复链时(其不表现出结晶性)，在室温下显示4.5×10^-4S/cm的高离子传导率。

为了克服和改善常规电解质的问题，已经对电解质的材料和形状进行了各种研究。

韩国专利1232607号涉及一种锂二次电池用聚合物电解质膜，其包含有机-无机杂化共聚物，其中所述有机-无机杂化共聚物可以通过可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)来进行聚合以形成聚合物电解质膜。

另外，韩国专利公开2017-0083387号涉及一种包含嵌段共聚物的电解质，其中所述嵌段共聚物也可以通过RAFT反应获得。