НОВЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2010 года по МПК H01B1/06 H01M6/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к характеризующемуся высокой ионной проводимостью полимерному электролиту, содержащему полимерный материал, имеющий кетоновую карбонильную группу, причем доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.). Кроме того, оно относится к электрохимическому устройству, использующему полимерный электролит, которое характеризуется превосходными сопротивлением протечке жидкости, термостойкостью и безопасностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вследствие широко распространенного использования портативных устройств обработки информации, таких как переносные персональные компьютеры и сотовые телефоны, появилась быстровозрастающая потребность в электрохимических устройствах, таких как первичные батареи, вторичные батареи и ионисторы, использующиеся в качестве источников питания для устройств. В особенности необходимо, чтобы такие электрохимические устройства изготавливали с уменьшенным размером, облегченной массой и уменьшенной толщиной, и предположительно они будут более надежными. Недавно были открыты новые области их применения в источниках питания для гибридных электромобилей и в источниках питания для аккумулирования энергии в дополнение к источникам питания для портативных устройств обработки информации. Поэтому их требуется изготавливать намного более надежными.

В общем случае в электрохимических устройствах используют электролитные растворы, содержащие электролитные соли, растворенные в растворителях. По этой причине такие растворы могут приводить к возникновению проблем, таких как протечка жидкости и, в случае, если этими растворами являются неводные электролитные растворы, воспламенение и возгорание. Использование электролитных растворов представляет собой основной фактор, вносящий свой вклад в низкую надежность электрохимических устройств. Поэтому проблемы можно разрешить благодаря использованию вместо электролитных растворов твердых электролитов. Очень многообещающим материалом в особенности являются полимерные электролиты, поскольку из них легко можно изготовить тонкие пленки, и они также обладают превосходными механическими свойствами и податливостью.

С такой точки зрения в течение длительного времени проводились обширные исследования полимерных электролитов. С тех пор как впервые сообщили о том, что комплексообразование между полимерным поли(этиленоксидом) и определенным типом соли щелочного металла делает возможным проявление ионной проводимости (смотрите не являющийся патентом документ 1), было внесено множество предложений.

В патентном документе 1 предлагается полутвердый гелеобразный полимерный электролит, образованный из полиметилметакрилата, электролитной соли, такой как LiClO₄ или LiBF₄, и органического растворителя.

В патентном документе 2 предлагается электрохимический генератор, использующий твердый полимерный электролит, который представляет собой твердый раствор электролитной соли в полимере, содержащем гетероатомы, такие как кислород или азот, и демонстрируются полимерные материалы, такие как поли(этиленоксид) и полиамин.

В патентном документе 3 предлагается композиция гелеобразного полимерного электролита, содержащая электролитную соль, растворенную в смеси полимера, характеризующегося относительной диэлектрической проницаемостью, равной 4 и более, и органического растворителя, характеризующегося относительной диэлектрической проницаемостью, равной 10 и более, и демонстрируются полимерные материалы, удовлетворяющие данным требованиям, такие как нитроцеллюлоза, фенольная смола, поливинилиденфторид, полиакрилонитрил и хлорсульфированный полиэтилен.

В патентном документе 4 описывается литиевая батарея с твердым электролитом, использующая металлический литий в качестве анода и халькогенид металла в качестве катода, и демонстрируются полимерные электролиты, использующие твердые электролиты, такие как винилиденфторидный сополимер, поливинилхлорид, поливинилацетат и поливинилпирролидон.

В патентном документе 5 предлагается ионопроводящая твердая композиция, использующая полимерный материал, и в качестве превосходного полимерного материала описывается полисилоксан.

В патентном документе 6 описывается гибридный ионный проводник, использующий оксиэтилен-(мет)акрилатный полимер.

В дополнение к этому, в патентном документе 7 описывается композиция ионопроводящей сшитой смолы на основе алифатической эпоксидной смолы, а в патентном документе 8 описывается полимерный электролит на основе полифосфазена. В патентном документе 9 описывается ионопроводящий полимерный композит, состоящий из полиалкиленкарбоната, соли металла и органического растворителя, а в патентном документе 10 описываются полимерный твердый электролит и батарея с полимерным твердым электролитом, использующая полиуретан. В патентном документе 11 описываются ионопроводящая композиция на основе поливинилового спирта и тому подобное.

Существуют два типа полимерных материалов, которые предлагались в качестве вышеупомянутых полимерных электролитов: твердые полимерные электролиты, включающие полимерный материал и электролитную соль, и гелеобразные полимерные электролиты, полученные в результате перемешивания растворителя с полимерным материалом и электролитной солью. Следующая значительная проблема остается неразрешенной.

Говоря конкретно, твердые полимерные электролиты пока все еще не достигли той ионной проводимости, которая была бы удовлетворительна с практической точки зрения. В противоположность этому, гелеобразные полимерные электролиты для достижения практичной ионной проводимости требуют примешивания большого количества растворителя. Таким образом, данные типы полимерных электролитов являются всего лишь лучшими по надежности в сопоставлении с обычными электрохимическими устройствами, использующими жидкие электролиты, а высокая надежность, которая изначально ожидалась от полимерных электролитов, пока все еще не была реализована.

После этого в соответствии с коммерциализацией литиево-ионных вторичных батарей было предложено использование в литиево-ионных вторичных батареях полимерных электролитов (см. патентный документ 12). Это дало толчок проведению более обширных исследований полимерных электролитов, что привело к коммерциализации литиево-ионных вторичных батарей, использующих гелеобразные полимерные электролиты. Однако, как упоминалось ранее, в данные гелеобразные полимерные электролиты добавляют большие количества растворителей, что приводит к невозможности достижения высокой надежности, которая изначально ожидалась от полимерных электролитов. В результате основная часть рынка литиево-ионных вторичных батарей включает использование жидких электролитов, а литиево-ионные вторичные батареи, использующие гелеобразные полимерные электролиты, занимают очень небольшую долю рынка.

Для разрешения данной проблемы с тех пор были подвергнуты исследованиям различные типы полимерных материалов. В патентном документе 13 предлагается ионопроводящий гелеобразный полимерный электролит, состоящий из полимера А (от 1 до 40% (мас.)), имеющего карбонильную группу, поливинилиденфторидного полимера В (от 20 до 70% (мас.)), соли металла С (от 1 до 50% (мас.)) и органического растворителя D (от 20 до 85% (мас.)). Как продемонстрировано в данном документе, предпочтительными примерами полимера А, имеющего карбонильную группу, являются сложный полиэфир, поликарбонат и полиэфиркарбонат на основе сложного эфира, а другие примеры включают полиамид, полипептиды, полиуретан и поликетон. Однако данная система также содержит большое количество органического растворителя и необязательно соответствует желательной ионной проводимости.

В дополнение к этому, в патентном документе 14 предлагается использование в качестве твердых полимерных электролитов полимеров или сополимеров ароматических мономеров, имеющих функциональную группу, которая выступает в роли ионных лигандов. В нем описывается также и возможность использования в качестве примера мономеров для сополимера мономера, имеющего кетоновую карбонильную группу. Однако все сополимеры, полученные из данного мономера, характеризуются низким уровнем содержания карбонильной группы и низкой ионной проводимостью.

Как упоминалось ранее, в настоящее время твердые полимерные электролиты пока все еще не обладают практичными свойствами. С другой стороны, литиево-ионные вторичные батареи, использующие гелеобразные полимерные электролиты, были введены в практическое использование только в очень ограниченных областях применения для небольших товаров широкого потребления, и разработка полимерных электролитов в настоящее время все еще сталкивается со значительными проблемами.

Патентный документ 1: JP-A-54-104541.

Патентный документ 2: JP-A-55-098480.

Патентный документ 3: JP-A-57-143356.

Патентный документ 4: JP-A-58-075779.

Патентный документ 5: JP-A-59-230058.

Патентный документ 6: JP-A-60-031555.

Патентный документ 7: JP-A-60-248724.

Патентный документ 8: JP-A-61-254626.

Патентный документ 9: JP-A-62-030147.

Патентный документ 10: JP-A-01-197974.

Патентный документ 11: JP-A-01-284508.

Патентный документ 12: JP-A-01-241767.

Патентный документ 13: JP-A-11-060870.

Патентный документ 14: JP-A-2006-012652.

Не являющийся патентом документ 1: P. V. Wright. Polymer, 14, 589 (1973).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РАЗРЕШАЕМЫЕ В ИЗОБРЕТЕНИИ

Как упоминалось ранее, обычные полимерные электролиты было трудно использовать для получения ионной проводимости, совместимой с надежностью. В особенности следует сказать то, что полимерные электролиты недавно нашли себе новые области применения в крупных продуктах, требующих повышенной надежности, таких как гибридные электромобили, и наблюдается всевозрастающая потребность в надежности, которой изначально обладают полимерные электролиты. В данных областях применения крупных продуктов такие продукты обычно эксплуатируют при высоком напряжении, равном 100 В и более, и для реализации биполярных электродов, которые обладают структурой электрода, наиболее рациональной для использования при таком высоком напряжении, необходимы полимерные электролиты, характеризующиеся высокой ионной проводимостью и надежностью.

Настоящее изобретение было сделано для разрешения данных проблем, и в нем предлагаются твердый полимерный электролит, характеризующийся высокой ионной проводимостью, достигаемой благодаря выбору специфического полимерного материала, или гелеобразный полимерный электролит, характеризующийся высокой ионной проводимостью, достигаемой в результате добавления растворителя в достаточно небольших количествах для предотвращения уменьшения надежности. Кроме того, в настоящем изобретении предлагаются электрохимические устройства, демонстрирующие превосходные выходные характеристики и высокую надежность благодаря использованию данных полимерных электролитов.

Изобретатели настоящего изобретения провели обширные исследования, направленные на разрешение вышеупомянутых проблем. Как они обнаружили, данные проблемы могут быть разрешены благодаря использованию полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу, причем доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.). Данное открытие привело изобретателей к получению настоящего изобретения.

СРЕДСТВА РАЗРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Другими словами, полимерные электролиты настоящего изобретения характеризуются тем, что они содержат полимерный материал, имеющий кетоновую карбонильную группу, где доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.).

В дополнение к этому, электрохимические устройства настоящего изобретения характеризуются использованием в них полимерных электролитов настоящего изобретения.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полимерные электролиты настоящего изобретения выгодны с точки зрения возможности совмещения ионной проводимости с надежностью. В дополнение к этому, электрохимические устройства настоящего изобретения выгодны с точки зрения демонстрации высокой надежности и превосходных выходных характеристик.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приводится подробное описание настоящего изобретения.

Один из признаков настоящего изобретения заключается в использовании в качестве полимерного материала полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу, где доля массы (массовое содержание) кетоновой карбонильной группы относительно массы (при расчете на массу) полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.).

В данном случае кетоновая карбонильная группа обозначает карбонильную группу, у которой двумя атомами, соседствующими с карбонильной группой, являются атомы углерода. Таким образом, исключаются карбоксильная группа и амидная группа, которые, соседствуя с карбонильной группой, содержат атом кислорода и атом азота соответственно. В дополнение к этому, кетоновая карбонильная группа может присутствовать в основной цепи полимера, но предпочитается их присутствие только в боковых цепях, а не в основной цепи полимера.

Полимерные материалы, имеющие кетоновую карбонильную группу, характеризуются фоточувствительностью, обусловленной присутствием карбонильной группы, и в течение длительного времени привлекали внимание в качестве фоточувствительных полимерных материалов и легко фоторазлагаемых полимерных материалов. Например, в документе JP-A-50-007849 предлагается композиция фоторазлагаемой смолы, содержащая в полимерном материале, в основном состоящем из поливинилхлорида, от 0,5 до 10% (мас.) (в виде винилкетоновых мономерных звеньев) винилкетонового сополимера.

Настоящее изобретение базируется на открытии возможности получения полимерного электролита, характеризующегося высокой ионной проводимостью, в случае использования полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу, где доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.).

Обычные полимерные материалы, имеющие кетоновую карбонильную группу и использующиеся в настоящем изобретении, включают полимеры ненасыщенных мономеров, имеющих кетоновую карбонильную группу. Такие ненасыщенные мономеры включают ненасыщенные кетоновые соединения, такие как метилвинилкетон, этилвинилкетон, н-гексилвинилкетон, фенилвинилкетон и метилизопропенилкетон.

В дополнение к этому, такими полимерными материалами также могут являться и сополимеры данных мономеров и других ненасыщенных мономеров. Другие ненасыщенные мономеры, которые превращают в такие сополимеры, включают ненасыщенные нитрильные мономеры, такие как акрилонитрил и метакрилонитрил, ненасыщенные карбокислотные мономеры, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновая кислота, итаконовая кислота и малеиновый ангидрид и их соли, акриловые сложноэфирные мономеры и метакриловые сложноэфирные мономеры, такие как метилакрилат, этилакрилат, бутилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат и гидроксиэтилметакрилат, α-олефиновые мономеры, такие как этилен, пропилен, 1-бутен, 1-гексен, 1-октен и 1-децен, алкенилароматические мономеры, такие как стирол, α-метилстирол и п-метилстирол, винильные мономеры, такие как винилформиат, винилацетат и винилхлорид, винилиденовые мономеры, такие как винилиденхлорид и винилиденфторид, и мономеры на основе простого винилового эфира, такие как метилвиниловый эфир и этилвиниловый эфир.

В дополнение к этому, такими полимерными материалами также могут являться и привитые сополимеры ненасыщенных мономеров, имеющие кетоновую карбонильную группу, и другие полимеры.

Предпочтительная среднемассовая молекулярная масса полимерных материалов, имеющих кетоновую карбонильную группу и использующихся в настоящем изобретении, находится в диапазоне от 5000 до 1000000, а более предпочтительно от 10000 до 1000000.

В дополнение к этому, для изготовления полимерного электролита можно смешать полимерный материал, имеющий кетоновую карбонильную группу и использующийся в настоящем изобретении, и другой полимерный материал. В таком случае доля массы полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу и использующегося в настоящем изобретении, относительно суммарной массы полимерного материала будет составлять 45% (мас.) и более, а более предпочтительно 66,7% (мас.) и более.

Доля массы кетоновой карбонильной группы, присутствующей в полимерном материале, имеющем кетоновую карбонильную группу и использующемся в настоящем изобретении, относительно суммарной массы полимерного материала должна находиться в диапазоне от 15% (мас.) до 50% (мас.). Более предпочтительным является диапазон от 18% (мас.) до 50% (мас.), а наиболее предпочтительно от 20% (мас.) до 50% (мас.). Если доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала будет меньшей, чем 15% (мас.), то тогда можно будет получить только полимерные электролиты, характеризующиеся низкой ионной проводимостью. В противоположность этому, если доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала будет большей, чем 50% (мас.), то тогда можно будет получить только хрупкие полимерные электролиты, характеризующиеся неудовлетворительными растворимостью и технологичностью.

Предпочтительные электролитные соли, использующиеся в полимерных электролитах настоящего изобретения, включают неорганические соли, такие как LiClO₄, LiBF₄, LiPF₆, LiBr, LiI, LiSCN и LiAsF₆, органические сульфонаты, такие как CH₃SO₃Li и CF₃SO₃Li, и сульфонилимидные соли, такие как (CF₃SO₂)₂NLi, (CF₃CF₂SO₂)₂NLi и (CF₃SO₂)(CF₃CF₂SO₂)NLi.

В качестве катионных частей электролитных солей также можно использовать и соли щелочных металлов, отличные от солей Li, например соли щелочных металлов, таких как натрий и калий. Также могут быть использованы и катионные части, такие как алифатическая четвертичная аммониевая соль, имидазолиевая соль, пиридиниевая соль и пиперидиниевая соль.

Доля массы вышеупомянутых электролитных солей относительно суммарной массы вышеупомянутого полимерного материала и вышеупомянутой электролитной соли предпочтительно составляет от 1 до 90% (мас.), а более предпочтительно от 5 до 75% (мас.).

Образование полимерного электролита может обеспечить получение композита из вышеупомянутых полимерного материала и электролитной соли. Например, известны следующие далее способы получения композитов.

1. Способ получения полимерного электролита в результате растворения полимерного материала и электролитной соли в растворителе, который может растворять их оба, а после этого удаления части или всего растворителя (способ 1).

2. Способ получения полимерного электролита в результате сначала получения из полимерного материала пленки и тому подобного, после этого его импрегнирования в растворе электролитной соли, растворяющейся в растворителе, до набухания с последующим удалением части или всего растворителя (способ 2).

3. Способ получения полимерного электролита в результате расплавления и замешивания полимерного материала и электролитной соли (способ 3).

4. Способ получения полимерного электролита в результате растворения электролитной соли в жидких мономере или форполимере, которые после этого полимеризуют (способ 4).

В настоящем изобретении способ получения композита из полимерного материала и электролитной соли по мере надобности можно выбирать из вышеупомянутых способов от 1 до 4. Далее приводится описание способов получения композита.

Растворители, использующиеся для получения композита с использованием способа 1, включают воду и/или неводные растворители. Такие неводные растворители включают циклические карбонаты, такие как пропиленкарбонат, этиленкарбонат, виниленкарбонат, открытоцепные карбонаты, такие как диэтилкарбонат, диметилкарбонат, этилметилкарбонат, циклические сложные эфиры, такие как γ-бутиролактон, открытоцепные сложные эфиры, такие как этилацетат и метилацетат, кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон, спирты, такие как метанол и этанол, простые эфиры, такие как тетрагидрофуран, 1,4-диоксан и 1,2-диметоксиэтан, нитрилы, такие как ацетонитрил и бензонитрил, амиды, такие как диметилформамид, диметилацетамид, N-метилпирролидон, и сульфоланы.

В дополнение к этому, в рамках варианта способа 1 может быть использован раствор, содержащий электролитную соль, растворенную в воде или органическом растворителе, с высокой концентрацией. Данный вариант является подходящим для использования в особенности при высоком уровне содержания кетоновой карбонильной группы в полимерном материале, использующемся в настоящем изобретении.

Полимерный электролит настоящего изобретения можно получить в результате придания раствору, полученному по данному способу, любой формы, подобной форме листа, при использовании способа, такого как нанесение, полив или экструдирование, а после этого удаления части или всего растворителя. В дополнение к этому, в результате примешивания катодоактивного материала или анодоактивного материала для получения раствора, а после этого подобным же образом придания ему формы, подобной форме листа, с последующим удалением части или всего растворителя можно получить электроды для электрохимических устройств, использующие полимерный электролит настоящего изобретения.

Удаление части или всего растворителя можно контролировать при использовании нагревательной плитки, печи, печи с обогревом, программируемым по температуре, и тому подобного. Условия высушивания зависят от типа и количества удаляемого растворителя. Например, предпочтительно могут быть использованы условия в виде температуры в диапазоне от 50 до 250°C и продолжительности в диапазоне приблизительно от 30 минут до 10 часов. В дополнение к этому, для высушивания при пониженном давлении также может быть использована и вакуумная сушилка.

В качестве полимерного электролита по мере надобности можно использовать полимерный электролит настоящего изобретения как таковой, а можно его использовать также и после сшивания. Обычные способы сшивания включают сшивание под действием электронного пучка и химическое сшивание при использовании аммиака, диаминов, генераторов радикалов и тому подобного.

В случае получения композита с использованием способа 2 полимерный материал настоящего изобретения, которому предварительно придали форму, подобную форме пленки, импрегнируют раствором электролитной соли, растворенной в растворителе, и оставляют набухать. После этого полимерный электролит настоящего изобретения можно получить в результате удаления части или всего растворителя. В способе 2 может быть использован тот же самый растворитель, что и в способе 1. В дополнение к этому, электроды для электрохимических устройств, использующие полимерный электролит настоящего изобретения, можно получать в результате предварительных примешивания или замешивания катодоактивного материала или анодоактивного материала в полимерный материал настоящего изобретения, придания замешанному полимерному материалу формы, подобной форме листа, а после этого импрегнирования сформованного полимерного материала раствором электролитной соли, растворенной в растворителе, с последующим удалением части или всего растворителя.

В случае получения композита с использованием способа 3 полимерный электролит можно получать непосредственно в результате расплавления и замешивания полимерного материала настоящего изобретения и электролитной соли и придания замешанному полимерному материалу формы, подобной форме листа. В дополнение к этому, в результате расплавления и замешивания полимерного материала настоящего изобретения, электролитной соли и катодоактивного материала или анодоактивного материала, а после этого придания замешанному полимерному материалу формы, подобной форме пленки, можно непосредственно получать электроды для электрохимических устройств, использующие полимерный электролит настоящего изобретения.

В случае получения полимерного материала настоящего изобретения из жидкого мономера также может быть использован и способ 4. В данном случае полимерный электролит настоящего изобретения можно получать в результате полимеризации смеси жидкого мономера и электролитной соли, а также при необходимости и растворителя. В дополнение к этому, электроды для электрохимических устройств, использующих полимерный электролит настоящего изобретения, можно получать в результате примешивания катодоактивного материала или анодоактивного материала к данной смеси, а после этого полимеризации смеси в форме, подобной форме листа.

Первым аспектом полимерного электролита настоящего изобретения является твердый полимерный электролит. Говоря конкретно, в случае удаления в вышеописанных способах 1, 2 или 4 всего растворителя может быть получен твердый полимерный электролит, состоящий из полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу, где доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала находится в диапазоне от 15% (мас.) до 50% (мас.), и электролитной соли. В дополнение к этому, в соответствии с вышеупомянутым способом 3, твердый полимерный электролит можно получать непосредственно. Количество растворителя, остающегося после высушивания, можно определить в результате проведения измерения по методу ЯМР, и в случае концентрации растворителя, меньшей, чем 1000 ч./млн и менее, совокупный растворитель необходимо рассматривать как удаленный.

Твердые полимерные электролиты настоящего изобретения характеризуются очень высокой ионной проводимостью, и существуют определенные твердые полимерные электролиты, характеризующиеся ионной проводимостью, сопоставимой с ионной проводимостью жидких электролитов. Причина наличия у твердых полимерных электролитов настоящего изобретения высокой ионной проводимости неясна, и, по-видимому, кетоновая карбонильная группа, присутствующая в полимере, сильно взаимодействует с ионами.

Известны твердые полимерные электролиты, использующие полиэтиленоксидные полимеры, содержащие соединительные звенья простого эфира, или их сополимеры и тому подобное. Однако любой из них характеризуется ионной проводимостью, намного меньшей, чем у жидких электролитов, и является непрактичным.

Как упоминалось ранее, твердый полимерный электролит настоящего изобретения не содержит какого-либо жидкого электролита, но характеризуется высокой ионной проводимостью. В случае его использования в неводных электрохимических устройствах, таких как литиевые первичные батареи, литиево-ионные вторичные батареи и неводные ионисторы, он демонстрирует наличие следующих эффектов.

1. Он демонстрирует высокие выходные характеристики, которые сопоставимы с выходными характеристиками жидких электролитов.

2. Он является твердым и исключает возможность протечки жидкости.

3. Он не содержит воспламеняющихся жидких материалов и, таким образом, не характеризуется воспламеняемостью.

4. Он характеризуется превосходной податливостью и технологичностью, и, таким образом, ему можно придать любую форму, подобную форме тонкой пленки.

5. В случае его использования в качестве биполярного электрода, у которого катодоактивный материал и анодоактивный материал располагают соответственно на передней стороне и на задней стороне токосъемника, отсутствует возможность появления жидкостных соединений между катодом и анодом, полученными на передней стороне и на задней стороне токосъемника, через ионную жидкость, которые могли бы возникать в случае жидких электролитов, и легко могут быть изготовлены электрохимические устройства, характеризующиеся высокой электродвижущей силой, равной нескольким десяткам вольт и более.

Как упоминалось ранее, твердый полимерный электролит из полимерных электролитов настоящего изобретения можно использовать для значительного улучшения надежности, безопасности и характеристик электрохимических устройств.

Вторым аспектом полимерного электролита настоящего изобретения является гелеобразный полимерный электролит. Говоря конкретно, в случае удаления части растворителя в вышеупомянутых способах 1, 2 или 4 может быть получен кажущийся твердым гелеобразный полимерный электролит, состоящий из полимерного материала, имеющего кетоновую карбонильную группу, где доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала составляет от 15% (мас.) до 50% (мас.), электролитной соли и растворителя.

В гелеобразном полимерном электролите настоящего изобретения соотношение компонентов в композиции для растворителя, остающегося после неполного удаления растворителя, и полимерного материала регулируют в соответствии с предполагаемым вариантом использования, изменяя условия удаления растворителя. Однако доля массы растворителя относительно суммарной массы растворителя и полимерного материала настоящего изобретения предпочтительно является меньшей, чем 70% (мас.), более предпочтительно меньшей, чем 50% (мас.), а наиболее предпочтительно меньшей, чем 33,3% (мас.).

Как упоминалось ранее, полимерные электролиты настоящего изобретения, даже твердый полимерный электролит, характеризуются достаточно высокой ионной проводимостью. Поэтому даже в случае преобразования такого полимерного электролита в гелеобразный полимерный электролит при сохранении части растворителя и тем самым дополнительного улучшения его ионной проводимости, в особенности при низкой температуре, он будет демонстрировать свои эффекты при меньшем количестве растворителя в сопоставлении с обычными гелеобразными полимерными электролитами, так что надежность, такая как сопротивление протечке жидкости, будет уменьшаться менее часто.

Более подробное описание гелеобразного полимерного электролита настоящего изобретения приводится далее.

В настоящем изобретении водный гелеобразный полимерный электролит, полученный в случае растворителя воды, почти что полностью сохраняет высокую ионную проводимость, которой изначально характеризуется водный электролитный раствор. Поэтому такие водные гелеобразные полимерные электролиты являются подходящими для использования, поскольку в случае их использования в водных электрохимических устройствах, таких как водные ионные батареи и водные ионисторы, выходные характеристики, низкотемпературные характеристики и тому подобное не ухудшаются, а надежность значительно улучшается.

В дополнение к этому, неводный гелеобразный полимерный электролит, полученный в случае неводного растворителя, почти полностью сохраняет ионную проводимость, которой характеризуется неводный электролитный раствор, и в особенности высокую ионную проводимость при низкой температуре. Поэтому такие гелеобразные полимерные электролиты являются подходящими для использования в неводных электрохимических устройствах, таких как литиевые первичные батареи, литиево-ионные вторичные батареи, неводные ионисторы, сенсибилизированные красителем солнечные элементы и электрохромные устройства.

Как упоминалось ранее, полимерный материал настоящего изобретения, имеющий кетоновую карбонильную группу, где доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы полимерного материала находится в диапазоне от 15% (мас.) до 50% (мас.), можно использовать для получения полимерных электролитов, характеризующихся высокой ионной проводимостью, и можно использовать в различных электрохимических устройствах в качестве твердого полимерного электролита или гелеобразного полимерного электролита в зависимости от предполагаемого варианта использования. В данном случае электрохимическим устройством называют устройство, которое использует электрохимические явления с участием ионов, и примеры электрохимических устройств включают устройства, аккумулирующие электроэнергию, устройства, генерирующие электроэнергию, видеотерминалы и сенсорные устройства.

Примеры электрохимических устройств, использующих полимерные электролиты настоящего изобретения, продемонстрированы далее.

Чертеж демонстрирует горизонтальную проекцию и продольное сечение для примера электрохимических устройств настоящего изобретения. На фиг. 1 позиция номер 1 обозначает катод, позиция номер 2 - анод, позиция номер 3 - клемму катодного вывода, позиция номер 4 - клемму анодного вывода, позиция номер 5 - полимерный электролит, а позиция номер 6 - контейнер батареи.

Примеры таких электрохимических устройств включают литиевые первичные батареи с металлическим литием в качестве анода и диоксидом марганца, фторидом углерода и тому подобным в качестве катода; литиево-ионные вторичные батареи с углеродным материалом, оксидом металла, литиевым сплавом и тому подобным в качестве анода и кобальтатом лития, никелатом лития, манганатом лития, фосфатом лития-железа и тому подобным в качестве катода; ионисторы с активированным углем в качестве катода и анода; водные ионные батареи с литием-оксидом композита на основе переходного металла, такого как ванадий, титан иди железо, в качестве анода и литием-оксидом композита на основе переходного металла, такого как кобальт, марганец или железо, в качестве катода.

ПРИМЕРЫ

Настоящее изобретение далее разъясняется более подробно при помощи примеров и сравнительных примеров.

[Справочный пример 1 (изготовление полимерного материала А)]

15 массовых частей метилвинилкетона, 0,1 массовой части азобисизобутиронитрила в качестве инициатора полимеризации и 100 массовых частей толуола в качестве растворителя при полимеризации сначала друг с другом перемешивали, а после этого в течение 10 часов при 80°C подвергали полимеризации. По завершении полимеризации остаточные мономеры и растворитель удаляли при пониженном давлении до получения полимерного материала А.

Анализ по методу 13С-ЯМР продемонстрировал, что доля массы карбонильной группы относительно общей массы данного полимерного материала составляла 40,0%, как это показано в таблице 1. Среднемассовая молекулярная масса данного полимерного материала А составляла 92000.

[Справочные примеры от 2 до 7 (изготовление полимерных материалов от В до G)]

Для получения полимерных материалов от В до G проводили те же самые операции, что и в справочном примере 1, за исключением использования смесей метилвинилкетона и акрилонитрила, характеризующихся долями мономеров, продемонстрированными в таблице 1, вместо использования только метилвинилкетона.

Анализ по методу 13С-ЯМР продемонстрировал молярные доли в сополимере и доли массы карбонильной группы относительно общей массы сополимера. Эти результаты показаны в таблице 1. Среднемассовые молекулярные массы данных полимерных материалов В, С, D, E, F и G составляли 115000, 173000, 225000, 245000, 270000 и 286000 соответственно.

Таблица 1   Доля мономера (массовые части) Молярная доля метилвинилкетона в полимере Массовая доля карбонильной группы в полимере (% (мас.)) Метилвинилкетон Акрилонитрил Справочный пример 1 (А) 15,0 0 1,0 40,0 Справочный пример 2 (В) 12,0 3,0 0,71 30,7 Справочный пример 3 (С) 10,0 5,0 0,55 24,9 Справочный пример 4 (D) 8,5 6,5 0,43 20,2 Справочный пример 5 (Е) 6,5 8,5 0,33 15,9 Справочный пример 6 (F) 6,0 9,0 0,28 13,7 Справочный пример 7 (G) 3,5 11,5 0,14 7,2

[Справочный пример 8 (изготовление полимерного материала Н)]

15 массовых частей этилвинилкетона, 0,1 массовой части азобисизобутиронитрила в качестве инициатора полимеризации и 100 массовых частей толуола в качестве растворителя при полимеризации сначала друг с другом перемешивали, а после этого в течение 10 часов при 80°C подвергали полимеризации. По завершении полимеризации остаточные мономеры и растворитель удаляли при пониженном давлении до получения полимерного материала Н.

Анализ по методу 13С-ЯМР продемонстрировал долю массы карбонильной группы относительно данного полимерного материала 33,3%, как это показано в таблице 2. Среднемассовая молекулярная масса данного полимерного материала Н составляла 67000.

[Справочные примеры 9 и 10 (изготовление полимерного материала I и J)]

Для получения полимерных материалов I и J проводили те же самые операции, что и в справочном примере 8, за исключением использования смесей этилвинилкетона и метилакрилата или метилвинилового эфира, характеризующихся долями мономеров, продемонстрированными в таблице 2, вместо использования только этилвинилкетона.

Анализ по методу 13С-ЯМР продемонстрировал молярные доли в сополимере и доли массы карбонильной группы относительно общей массы сополимера. Данные результаты показаны в таблице 2. Среднемассовые молекулярные массы данных полимерных материалов I и J составляли 145000 и 43000 соответственно.

[Пример 1]

Сначала в качестве электролитной соли к 70 массовым частям γ-бутиролактона примешивали и в них растворяли 30 массовых частей тетрафторбората лития (LiBF4) и получали раствор с концентрацией 30% (мас.). После этого размещали, а затем нагревали и при 120°C перемешивали 95 массовых частей полимерного материала А и 100 массовых частей данного раствора и получали вязкий прозрачный раствор.

После полива данного вязкого раствора на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивания при 120°C в течение 2 часов при нормальном давлении получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме.

Измерения по методу 13С-ЯМР в данный момент продемонстрировали, что доли массы γ-бутиролактона относительно общей массы полимерного материала А и γ-бутиролактона составляет 26,3% (мас.). Измерения по методу ЯМР проводили при помощи устройства JNM-LA400 от компании JEOL Ltd. Ионную проводимость данного гелеобразного полимерного электролита измеряли при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 3.

[Примеры от 2 до 8 и сравнительные примеры от 1 до 2]

Провели те же самые операции, что и в примере 1, за исключением использования полимерных материалов от В до J вместо использования полимерного материала А.

Массовые доли карбонильной группы в полимерном материале, массовые доли растворителя, ионная проводимость, состояния полимерных электролитов и тому подобное представляли собой то, что продемонстрировано в таблице 3.

[Пример 9]

Сначала в качестве электролитной соли к 60 массовым частям пропиленкарбоната примешивали и в них растворяли 40 массовых частей бис(трифторметансульфонил)имида лития {(CF₃SO₂)₂NLi} и получали раствор с концентрацией 40% (мас.). После этого размещали в автоклаве, а затем нагревали и при 120°C перемешивали 100 массовых частей данного раствора и 75 массовых частей полимерного материала J и получали вязкий прозрачный раствор.

После полива данного вязкого раствора на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивания при 150°C в течение 2 часов при нормальном давлении получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме.

Доля массы пропиленкарбоната относительно общей массы данного полимерного материала и пропиленкарбоната составляла 27,3% (мас.). Ионная проводимость данного гелеобразного полимерного электролита при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока, состояние полимерного электролита и тому подобное представляли собой то, что продемонстрировано в таблице 4.

[Пример 10]

В случае проведения тех же самых операций, что и в примере 9, за исключением высушивания при 150°C в течение 3 часов получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме, характеризующейся почти что отсутствием вязкости.

Доля массы пропиленкарбоната относительно общей массы данного полимерного материала и пропиленкарбоната составляла 16,1% (мас.). Ионная проводимость данного гелеобразного полимерного электролита при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока, состояние полимерного электролита и тому подобное представляли собой то, что продемонстрировано в таблице 4.

[Пример 11]

В случае проведения тех же самых операций, что и в примере 9, за исключением высушивания при 150°C в течение 6 часов получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме, характеризующейся отсутствием вязкости.

Доля массы пропиленкарбоната относительно общей массы данного полимерного материала и пропиленкарбоната составляла 7,8% (мас.). Ионная проводимость данного гелеобразного полимерного электролита при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока, состояние полимерного электролита и тому подобное представляли собой то, что продемонстрировано в таблице 4.

[Пример 12]

Сначала в качестве электролитной соли к 50 массовым частям пропиленкарбоната примешивали и в них растворяли 50 массовых частей бис(трифторметансульфонил)имида лития {(CF₃SO₂)₂NLi} и получали раствор с концентрацией 50% (мас.). После этого размещали в автоклаве, а затем нагревали и при 120°C перемешивали 100 массовых частей данного раствора и 75 массовых частей полимерного материала J и получали вязкий прозрачный раствор.

Проводили полив данного вязкого раствора на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивание при 150°C в течение 1 часа при нормальном давлении. После этого в результате размещения пластины в вакуумной сушилке, выставленной на 150°C, и дополнительного высушивания в течение 10 часов получали твердый полимерный электролит в пленочной форме, характеризующийся уровнем содержания пропиленкарбоната, равным 1000 ч./млн. и менее.

Ионную проводимость данного твердого полимерного электролита измеряли при 30°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 4.

[Сравнительный пример 3]

Сначала проводили перемешивание друг с другом и растворение при 60°C 100 массовых частей имеющего среднемассовую молекулярную массу 35000 сополимера винилиденфторида и гексафторпропилена (характеризующегося соотношением компонентов при сополимеризации 88:12, здесь и далее в настоящем документе называющегося полимерным материалом К), 25 массовых частей бис(трифторметансульфонил)имида лития {(CF₃SO₂)₂NLi} в качестве электролитной соли, 120 массовых частей пропиленкарбоната и 200 массовых частей диметилформамида.

После полива данного раствора на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивания при 120°C в течение 2 часов при нормальном давлении получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме, характеризующейся сильным прилипанием.

В данный момент доля массы пропиленкарбоната относительно общей массы полимерного материала К и пропиленкарбоната составляла 45,3% (мас.), а диметилформамида не оставалось. Ионную проводимость данного гелеобразного полимерного электролита измеряли при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 5.

[Сравнительный пример 4]

В случае проведения тех же самых операций, что и в сравнительном примере 3, за исключением высушивания при 150°C в течение 3 часов получали гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме, характеризующейся почти отсутствием вязкости.

В данный момент доля массы пропиленкарбоната относительно суммарной массы полимерного материала К и пропиленкарбоната составляла 24,8% (мас.). Ионную проводимость данного гелеобразного полимерного электролита измеряли при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 5.

[Сравнительный пример 5]

В случае проведения тех же самых операций, что и в сравнительном примере 3, за исключением высушивания при 150°C в течение 6 часов получали очень хрупкий гелеобразный полимерный электролит в пленочной форме.

В данный момент доля массы пропиленкарбоната относительно суммарной массы полимерного материала К и пропиленкарбоната составляла 16,8% (мас.). Ионную проводимость данного гелеобразного полимерного электролита измеряли при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 5.

[Сравнительный пример 6]

Проводили полив раствора, содержащего полимерный материал К, полученный по тому же самому способу, что и в сравнительном примере 3, и электролитную соль, на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивание при 120°C в течение 2 часов при нормальном давлении. После этого в случае размещения пластины в вакуумной сушилке, выставленной на 150°C, и дополнительного высушивания в течение 10 часов никакой пленки не получали, а получали смесь белого порошка.

Уровень содержания пропиленкарбоната в данной смеси составлял 1000 ч./млн и менее, а ионная проводимость измерению не поддавалась.

[Сравнительный пример 7]

Сначала к 250 массовым частям ацетонитрила примешивали и в них растворяли 100 массовых частей имеющего среднемассовую молекулярную массу 14000 сополимерного простого полиэфира, полученного из этиленоксида и 2-(2-метоксиэтоксиэтил)глицидилового эфира, (характеризующегося соотношением компонентов при сополимеризации 73:37, здесь и далее в настоящем документе называющегося полимерным материалом L) и 25 массовых частей бис(трифторметансульфонил)имида лития {(CF₃SO₂)₂NLi} в качестве электролитной соли.

После полива данного раствора на стеклянную пластину до толщины 500 микрометров, а затем высушивания при 80°C в течение 2 часов при нормальном давлении ацетонитрил полностью улетучивался, и получали твердый полимерный электролит в пленочной форме.

Ионную проводимость данного твердого полимерного электролита измеряли при 30°C и 0°C при 1 кГц переменного тока. Результаты продемонстрированы в таблице 5.

Таблица 5   (Масса растворителя)/(масса растворителя+полимера) (% (мас.)) Ионная проводимость (мСм·см^{- 1})
Сверху: 30°C
Снизу: 0°C Состояние полимерного электролита Сравнительный пример 3 45,3 0,93
0,29 Неспособная к непровисанию пленка, имеющая высокую вязкость, с выпотеванием жидкости Сравнительный пример 4 24,8 0,39
0,13 Непровисающая пленка, имеющая незначительную вязкость, с выпотеванием жидкости Сравнительный пример 5 16,8 0,09
0,01 Хрупкая пленка Сравнительный пример 6 0 Измерению не поддается
Измерению не поддается В порошкообразной форме Сравнительный пример 7 0 0,11
0,03 Непровисающая пленка

[Пример 13]

Данным примером является пример электрохимических устройств настоящего изобретения, использующих гелеобразный полимерный электролит настоящего изобретения. Чертеж демонстрирует схематическое сечение данного электрохимического устройства.

<Получение полимерного электролитного раствора>

Полимерный электролитный раствор (1)

Тетрафторборат лития (LiBF₄), пропиленкарбонат и полимерный материал А размещали при массовом соотношении 20:80:100, а после этого нагревали и перемешивали при 120°C до получения вязкого раствора.

Полимерный электролитный раствор (2)

Тетрафторборат лития (LiBF₄), пропиленкарбонат и полимерный материал А размещали при массовом соотношении 40:60:60, а после этого нагревали и перемешивали при 120°C до получения раствора.

<Получение катодного листа>

Из LiCoO₂ (характеризующегося средним размером частиц 5 микрометров) в качестве катодоактивного материала и графита и ацетиленовой сажи в качестве проводящих добавок получали сухую смесь при массовом соотношении 100:5:2,5.

После этого для получения пасты замешивали 100 массовых частей полимерного электролитного раствора (1) и 100 массовых частей смеси катодоактивного материала и проводящих добавок. После этого данную пасту с толщиной 200 микрометров наносили на одну сторону катодного токосъемника из алюминиевой фольги с толщиной 15 микрометров. В течение 2 часов проводили высушивание данной структуры при 150°C и получали катодный лист.

Доля массы пропиленкарбоната, содержащегося в данном катодном листе, относительно суммарной массы катодного листа за исключением катодного токосъемника из алюминиевой фольги составляла 13,8% (мас.).

<Получение анодного листа>

Из LiCoO₂ (характеризующегося средним размером частиц 5 микрометров) в качестве катодоактивного материала и графита и ацетиленовой сажи в качестве проводящих добавок получали сухую смесь при массовом соотношении 100:5:2,5.

Сначала для получения пасты замешивали 100 массовых частей полимерного электролитного раствора (1) и 50 массовых частей графита (характеризующегося средним размером частиц 10 микрометров) в качестве анодоактивного материала и после этого данную пасту с толщиной 150 микрометров наносили на одну сторону анодного токосъемника из медной фольги с толщиной 18 микрометров. В течение 2 часов проводили высушивание данной структуры при 150°C и получали анодный лист.

Доля массы пропиленкарбоната, содержащегося в данном анодном листе, относительно суммарной массы анодного листа за исключением анодного токосъемника из медной фольги составляла 17,1% (мас.).

<Получение электрохимического устройства>

Полимерный электролитный раствор (2) наносили на поверхность полученного ранее катодного листа, который после этого высушивали при 100°C в течение 1 часа до получения слоя покрытия, имеющего толщину 20 микрометров.

Для сборки электрохимического устройства, продемонстрированного на чертеже, наслаивали друг на друга катодный лист, имеющий данный слой покрытия, и полученный ранее анодный лист.

<Оценка характеристик электрохимического устройства>

Зарядные и разрядные характеристики данного электрохимического устройства оценивали следующим образом. Данное устройство заряжали в течение 5 часов в режиме зарядки с постоянной силой тока и постоянным напряжением при максимальной силе тока 50 мА и максимальном напряжении 4,2 В, а после этого разряжали до 3,0 В при постоянной силе тока 10 мА. Разрядная мощность составляла 72,4 мА·час. После этого устройство перезаряжали в тех же самых условиях и оценивали на разрядную мощность в условиях постоянной силы тока, продемонстрированных в таблице 6. Результаты продемонстрированы в таблице 6.

[Пример 14]

Данным примером является пример электрохимических устройств настоящего изобретения, использующих твердый полимерный электролит настоящего изобретения. Чертеж демонстрирует схематическое сечение данного электрохимического устройства.

<Получение катодного листа>

Смесь катодоактивного материала и проводящих добавок, полученных по тому же самому способу, что и в примере 13, бис(пентафторэтансульфонил)имида лития {(CF₃CF₂SO₂)₂NLi}, пропиленкарбоната и полимерного материала I размещали при массовом соотношении 100:20:30:50, а после этого нагревали и замешивали при 150°C.

Данную замешанную смесь экструдировали для получения листа, имеющего толщину 200 микрометров, на катодном токосъемнике из алюминиевой фольги с толщиной 15 микрометров. После этого данный лист в течение 2 часов высушивали при 180°C и получали катодный лист.

Уровень содержания пропиленкарбоната, содержащегося в данном катодном листе, относительно общей массы катодного листа за исключением катодного токосъемника из алюминиевой фольги составлял 1000 ч./млн и менее.

<Получение анодного листа>

Графит (характеризующийся средним размером частиц 10 микрометров) в качестве анодоактивного материала, бис(пентафторэтансульфонил)имид лития {(CF₃CF₂SO₂)₂NLi}, пропиленкарбонат и полимерный материал I размещали при массовом соотношении 50:20:30:50, а после этого нагревали и замешивали при 150°C.

Данную замешанную смесь экструдировали для получения листа, имеющего толщину 150 микрометров, на анодном токосъемнике из медной фольги с толщиной 18 микрометров. После этого данный лист в течение 2 часов высушивали при 180°C и получали анодный лист.

Уровень содержания пропиленкарбоната, содержащегося в данном анодном листе, относительно общей массы анодного листа за исключением анодного токосъемника из медной фольги составлял 1000 ч./млн и менее.

<Получение электрохимического устройства>

Бис(пентафторэтансульфонил)имид лития {(CF₃CF₂SO₂)₂NLi}, пропиленкарбонат и полимерный материал I размещали при массовом соотношении 20:30:50 и нагревали и замешивали при 150°C.

Данную замешанную смесь экструдировали для получения листа, имеющего толщину 20 микрометров, на поверхности полученного ранее катодного листа, а после этого наслаивали на полученный ранее анодный лист. Данную группу электродов высушивали при 180°C в течение 2 часов, а после этого собирали до получения электрохимического устройства, продемонстрированного на чертеже.

<Оценка характеристик электрохимического устройства>

Зарядные и разрядные характеристики данного электрохимического устройства оценивали тем же самым образом, что и в примере 13. Результаты продемонстрированы в таблице 6.

[Сравнительный пример 8]

Данным примером является сравнительный пример электрохимического устройства, использующего твердый полимерный электролит на основе простого полиэфира. Чертеж демонстрирует схематическое сечение данного электрохимического устройства.

<Получение полимерного электролитного раствора (3)>

Бис(пентафторэтансульфонил)имид лития {(CF₃CF₂SO₂)₂NLi} в качестве электролита, ацетонитрил в качестве растворителя и полимерный материал L размещали при массовом соотношении 10:100:40, а после этого смешивали и перемешивали до получения раствора.

<Получение катодного листа>

Для получения катодного листа проводили те же самые операции, что и в примере 13, за исключением использования полимерного электролитного раствора (3) вместо полимерного электролитного раствора (1) и высушивания при 80°C.

Уровень содержания ацетонитрила, содержащегося в данном катодном листе, относительно общей массы катодного листа за исключением катодного токосъемника из алюминиевой фольги составлял 1000 ч./млн и менее.

<Получение анодного листа>

Для получения анодного листа проводили те же самые операции, что и в примере 13, за исключением использования полимерного электролитного раствора (3) вместо полимерного электролитного раствора (1) и высушивания при 80°C.

Уровень содержания ацетонитрила, содержащегося в данном анодном листе, относительно общей массы анодного листа за исключением анодного токосъемника из медной фольги составлял 1000 ч./млн и менее.

<Получение электрохимического устройства>

Полимерный электролитный раствор (3) наносили на поверхность полученного ранее катодного листа, который после этого высушивали при 80°C в течение 2 часов до получения слоя покрытия, имеющего толщину 20 микрометров.

Для сборки электрохимического устройства, продемонстрированного на чертеже, катодный лист, имеющий данный слой покрытия, и полученный ранее анодный лист наслаивали друг на друга.

<Оценка характеристик электрохимического устройства>

Зарядные и разрядные характеристики данного электрохимического устройства оценивали тем же самым образом, что и в примере 13. Результаты продемонстрированы в таблице 6.

Таблица 6   Условия разрядки (мА) и
разрядная мощность (мА·час) 10 мА 50 мА 100 мА Пример 13 72,4 мА-час 71,3 мА-час 63,3 мА-час Пример 14 70,1 мА-час 65,3 мА-час 61,0 мА-час Сравнительный пример 8 11,4 мА-час 5,3 мА-час Неразряжаемость

ПРИМЕНИМОСТЬ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Полимерные электролиты настоящего изобретения можно использовать для безводных первичных батарей, таких как металлические литиевые батареи, водные вторичные батареи, такие как водные ионные батареи, неводные вторичные батареи, такие как литиево-ионные вторичные батареи, неводные ионисторы, гибридные конденсаторы и другие электрохимические устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

Чертеж представляет собой горизонтальную проекцию и продольное сечение для примера электрохимических устройств настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ

1. Катод.

2. Анод.

3. Клемма катодного вывода.

4. Клемма анодного вывода.

5. Полимерный электролит.

6. Контейнер батареи.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерному электролиту и электрохимическому устройству, использующему полимерный электролит. Техническим результатом изобретения является повышение ионной проводимости и надежности источника питания. Проблему разрешили благодаря использованию полимерного электролита (5), имеющего кетоновую карбонильную группу, где массовая доля кетоновой карбонильной группы составляет от 15 до 50% (мас.) относительно массы полимерного материала, а доля массы электролитной соли относительно суммарной массы полимерного материала и электролитной соли составляет от 5 до 75% (мас). 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

1. Полимерный электролит, представляющий собой твердый полимерный электролит или гелеобразный полимерный электролит, содержащие полимерный материал, имеющий кетоновую карбонильную группу, и электролитную соль, причем кетоновая карбонильная группа присутствует в боковых цепях полимерного материала, доля массы кетоновой карбонильной группы относительно массы указанного полимерного материала составляет от 15 до 50 мас.%, а доля массы электролитной соли относительно суммарной массы полимерного материала и электролитной соли составляет от 5 до 75 мас.%.

2. Полимерный электролит по п.1, представляющий собой твердый полимерный электролит, содержащий полимерный материал и электролитную соль.

3. Полимерный электролит по п.1, представляющий собой гелеобразный полимерный электролит, содержащий полимерный материал, электролитную соль и растворитель, а доля массы растворителя относительно суммарной массы растворителя и полимерного материала составляет менее чем 70 мас.%.

4. Электрохимическое устройство, использующее полимерный электролит по любому одному из пп.1-3.