[发明专利]用于电化学装置的单离子导电聚合物

说明书

本发明涉及一种固体单离子导电聚合物，其包含式(Ia)的重复单元，其中R¹是H、或C₁至C₁₆直链或支化烷基、烯基、炔基；m是1至5；各M⁺独立地选自Li⁺、Na⁺或K⁺；且X选自CF₃、CH₃或F；且所述聚合物具有350,000至1,200,000Da的平均分子量。

发明领域

本发明属于储能装置，特别是锂基储能装置，更特别是电池组(battery)的领域。具体地，本发明属于离子导电聚合物和它们的用途的领域。

发明背景

电池组和其它储能装置的重要性迅速增长。下一代消费电子产品，如智能手机、平板电脑或笔记本电脑是几乎每个人生活的一部分并期望具有足够的电池组储存量以供长时间使用。此外，电动交通(e-mobility)，特别是电子驱动汽车和电动踏板车(e-scooter)的崛起需要具有高容量和合理重量的电池组。电池组技术中的当前研究围绕着新材料以改进电池组的安全性以及提高和优化体积和重量能量密度展开。

最常用的可充电电池组是Li电池组，其现今用于便携式电子产品和甚至电动汽车。Li电池组现在如此重要以致2019年诺贝尔物理学奖授予了这项技术的先驱。

锂电池组通常基于三个基本组件：两个电极——阳极和阴极，以及电解质。阳极通常基于碳，在大多数情况下基于石墨，而阴极通常基于三种基础材料之一——层状氧化物、聚阴离子或尖晶石。由于锂是高反应性金属，电解质通常是基于包含锂或其它碱金属离子的络合物的有机碳酸酯的混合物的非水性液体电解质。

这些液体非水电解质的优点是高锂离子传导率和良好的固体-电解质界面形成。但是，这些电解质也表现出显著缺点，如可挥发和可燃烧。如此，使用这些液体非水电解质的有缺陷或不适当的锂电池组成为安全隐患。除

液体电解质外，锂电池组现在也使用固体电解质构建。

可作为合适替代物的一类电解质是聚合物电解质，其在热和电化学稳定性方面可提供显著优势。另一替代物是无机固体电解质，其以降低的柔性(flexibility)为代价，提供了热稳定性更好的优点，。

一类新的聚合物电解质是单离子导电聚合物电解质。这些聚合物通常是具有聚(环氧乙烷)官能团和相联系的阴离子(tethered anion)的锂化(lithiated)的离聚物。这些电解质可表现出高氧化稳定性并支持更高的充/放电率(charge/discharge rate)。

没有单一的电解质适于所有应用。正在研究表现出先进或可调节的性质的新型电解质，特别是聚合物电解质。

发明概述

本发明涉及新型单离子导电聚合物、它们的生产和所述聚合物在电池组中的用途。该新型聚合物适合作为电解质材料并可用于可充电锂电池组的阳极或阴极。

该新型聚合物提供了一些优点，特别是调节使用所述聚合物的电极的孔隙率的可能性，因此能够控制体积能量密度。

附图简述

图1A和1B：本发明的聚合物的合成的反应方案

图2：使用本发明的聚合物的电池组的性能

发明详述

本发明涉及一种固体单离子导电聚合物，其包含式(Ia)的重复单元：