ТВЕРДОПОЛИМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ Российский патент 2021 года по МПК H01M6/18 H01M10/05 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Твердополимерный электролит состоит из полимерной матрицы и соли лития.

Известен твердополимерный электролит, представляющий собой матрицу из сополимера поливинилиденфторида с гексафторпропиленом, содержащего 15-20% бис(трифторметансульфонил) имида лития, удельная электрическая проводимость которого не превышает 1.5*10^-4 См/см при 20°С [1].

Известен твердополимерный электролит, используемый в литиевых источниках тока, который представляет собой композицию из метилакрилат полиэтиленгликоля с бис(трифторметансульфонил)имидом лития. Для этих композиций удельная электрическая проводимость составляет 2.13*10^-4 См/см при 20°С, что недостаточно для использования в литиевых источниках тока [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является твердополимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе полиакрилонитрила и неорганическую ионогенную соль лития при соотношении компонентов 3:1. Для него удельная электрическая проводимость достигает 10^-3 См/см, что уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока. Кроме этого, он отличается хрупкостью и электрохимической нестабильностью в связи с высоким содержанием соли [3].

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости твердополимерного электролита, обеспечении его электрохимической стабильности и механической прочности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития и предела прочности достигается тем, что предлагается твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, при этом, согласно изобретению, в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0) ⋅ 10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч:

поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100,

неорганическая соль лития - 1-22.

При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить твердополимерный электролит с хорошими механическими свойствами.

Обоснование выбранных интервалов компонентов: увеличение количества соли лития более верхнего предела приводит к разрушению структуры полимера и, как следствие, твердополимерный электролит становится хрупким и механически непрочным.

Твердополимерный электролит готовится следующим образом:

порошки поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] и соли лития раздельно растворяют в диметилацетомиде, растворы смешивают, выливают на специальное стекло и выдерживают в сушильном шкафу при t=110±5°С до получения пленки толщиной 10÷50 мкм.

В таблице приведены примеры конкретных составов и свойств заявленных твердополимерных электролитов.

Удельная электрическая проводимость ниже на 27-47% Твердополимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-фосфат лития титана (типоразмер 2325) и первичном элементе системы Li-MnO₂ (типоразмер 2016). На протяжении 200 циклов заряда-разряда аккумулятора и 120 часах разряда первичного элемента током 1.2 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как твердополимерного электролита, так и источников тока в целом.

Преимущества предлагаемого твердополимерного электролита заключаются в его высокой удельной электрической проводимости, механической прочности и электрохимической стабильности, чем он выгодно отличается от известных.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Serra J.P., Pinto R.S., Barbosa J.C., Correia D.M., Goncalves R., Silva M.M., Lanceros-Mendez S., Costa C.M. Ionic liquid based Fluoropolymer solidelectrolytes for Lithium-ion batteries // Sustainable Materials and Technologies. 2020. - V. 25. - P. c00176.

2. Sun C., Wang Z., Yin L., Xu S., Ghazi Z. A., Shi Y., An В., Sun Z., ChengH.-M., Li F. Fast lithium ion transport in solid polymer electrolytes frompolysulfide-bridged copolymers // Nano Energy. - 2020. - V. 75. - P. 104976-104986.

3. Патент РФ № 2136084, опубл. 08.27.1999.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости твердополимерного электролита, обеспечении его электрохимической стабильности и механической прочности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития и предела прочности, достигается тем, что твердополимерный электролит состоит из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, при этом в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0)⋅10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч.: поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100, неорганическая соль лития - 1-22. 1 табл.

Твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0)⋅10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч.:

поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100,

неорганическая соль лития - 1-22.