[发明专利]基于PXE的聚合物组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2010年5月19日的美国临时专利申请号 61/346398的优先权。本申请还涉及提交于2010年5月19日的美国 临时专利申请号61/346409。这些申请均通过引用并入本文。

技术领域

本发明总的涉及新合成的微相分离的聚合物材料。

背景技术

在此提到的所有出版物出于所有目的通过引用整体并入，犹如 在此充分阐述。

对锂二次电池日益增长的需求导致针对改善其安全性和性能的 研究和开发。许多电池采用液体电解质，并且与高度挥发性、可燃性 和化学反应性相关。出于这种考虑，使用锂基电池系统以及固体电解 质的想法引起了极大的兴趣。

对于锂离子电池，锂固体聚合物电解质可充电电池是一种特别 有吸引力的技术，因为除了其他好处外，固体聚合物电解质具有高热 稳定性、低自放电速率、在各种环境条件下稳定运行、增强的安全性、 电池配置的灵活性、最小的环境影响以及低材料成本和处理成本。此 外，固体聚合物电解质能够使用锂金属阳极，该锂金属阳极比传统的 锂离子阳极提供更高的能量密度。

尽管固体聚合物电解质具有许多优点，但是其应用受到无法开 发出同时具有高离子电导率和良好机械性能的电解质的制约。这种困 难的产生是因为根据标准机理，高离子电导率需要高聚合物链移动 性。但是根据标准机理，高聚合物链移动性趋向于产生机械上柔软的 聚合物。

例如，原型聚合物电解质是一种由聚环氧乙烷(PEO)/盐混合 物组成的电解质。PEO通常在室温下提供良好的机械性能。然而，PEO 在室温下大部分是结晶的。结晶结构通常限制链的移动性，从而降低 电导率。在高温(即，高于聚合物的熔点)下操作PEO电解质通过 增加链的移动性解决了电导率的问题，且因此改善了离子电导率。然 而，增加的电导率以材料机械性能的弱化为代价。在较高温度下，聚 合物不再是刚性的。

现已提出嵌段共聚物可能同时具有良好机械性能和良好电导 率。通过使用两个或更多个嵌段的微相分离的嵌段共聚物，至少一个 嵌段可以赋予机械完整性，同时至少一个嵌段可以赋予高电导率。聚 合物电解质与液体电解质相比受到不良电导率的困扰。聚合物电解质 在较高温度下较好地导电，且在＞110℃的非常高的温度下操作时电化 学电池的电导率与室温下的液体电解质相似。然而，必须权衡机械嵌 段的熔解温度。到目前为止，还没有报道过可以在高温(＞150℃)下 操作，同时保持高机械强度的嵌段共聚物。

因此，曾经有并且仍然有对在高温操作下具有充分实用的离子 电导率和机械稳定性的聚合物电解质材料的强烈需求。

附图说明

图1示出了作为温度的函数的PS-PEO嵌段共聚物和示例性 PXE-PEO嵌段共聚物的模量测量。

图2是根据本发明的一个实施方式的二嵌段共聚物和其可形成 的域结构的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式的三嵌段共聚物和其可形成 的域结构的示意图。

图4是根据本发明的另一实施方式的三嵌段共聚物和其可形成 的域结构的示意图。

发明内容

本文公开了具有高软化温度的新型微相域聚合物材料。该聚合 物具有离子导电聚合物域和结构聚合物域，该结构聚合物域的软化温 度(T_s)比之前离子导电聚合物中可能具有的软化温度(T_s)更高。 在本发明的一个实施方式中，微相域聚合物材料具有由离子导电均聚 物组成的域和由具有高软化温度(T_s)的结构均聚物组成的域。离子 导电聚合物和结构聚合物自行成序，并且微相分离。在本发明的又一 实施方式中，微相域聚合物材料是具有离子导电聚合物嵌段和具有高 软化温度(T_s)的结构聚合物嵌段的嵌段共聚物。微相域聚合物材料 可与盐类(诸如锂盐)相结合，从而产生在所需的高工作温度下为固 体的离子导电材料以用于电池等。