[发明专利]聚合物电解质组合物及聚合物二次电池

说明书

公开了一种聚合物电解质组合物，其包含：具有由下式(1)所示的结构单元的聚合物；选自由锂盐、钠盐、镁盐和钙盐组成的组中的至少一种电解质盐；以及N‑乙基‑N‑甲基吡咯烷双(氟磺酰)亚胺，其中，X^‑代表抗衡阴离子。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月21日提交的PCT专利申请号PCT/CN2017/081455的优先权，该专利申请的公开内容的整体通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及聚合物电解质组合物及聚合物二次电池。

背景技术

锂二次电池是具有高能量密度的能量装置，并且作为用于移动电子设备和电动车辆的电源而得到普及。例如，在18650型锂二次电池中，在圆柱形的电池盒内部容纳有卷绕的电极体。该卷绕的电极体构成为使得微孔隔膜夹入正极与负极之间，并将它们以漩涡的形式卷绕；并且，该隔膜浸入于可燃的液态电解质中。就这样的锂二次电池而言，如果电池的温度在紧急情况下突然升高，则存在液态电解质气化并且内部压力升高从而导致爆裂的可能性。如果电池温度突然升高，还存在液态电解质起火的可能性。

在锂二次电池的设计中，防止锂二次电池着火或起火的情况是很重要的。在锂二次电池中，为了实现更高能量密度化和大型化，需要进一步提高安全性。

作为提高锂二次电池安全性的基本方案，进行了全固态电池的开发，在全固态电池中，液态电解质被聚合物电解质或无机固态电解质替代并且所有部件均为固态。尤其是对能够通过涂布聚合物溶液而容易地形成为片材的聚合物电解质进行了深入研究。

被广泛研究的聚合物电解质的材料为聚环氧乙烷(PEO)。PEO在60℃表现出高于1×10^-4S/cm的高离子传导率，并且针对一部分汽车用途具有商业化的记录(参照例如专利文献1和非专利文献1)。

为了提高离子传导率，对于与聚合物电解质组合的非水溶剂也积极地进行了研究。作为这样的非水溶剂，从离子传导率的观点来看，广泛使用诸如碳酸二烷基酯等有机溶剂(参照例如专利文献2)。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2006-294326A

专利文献2：JP2007-141467A

非专利文献

非专利文献1：P.Hovington等人，Nano Lett.(纳米快报)，2015，15，2671-2678

发明内容

技术问题

然而，专利文献1中描述的采用PEO的聚合物电解质由于诸如其氧化稳定性低以及在低于室温的温度下的离子传导率显著降低等理由而未被广泛商业化。

此外，专利文献2中描述的与有机溶剂组合的聚合物电解质虽然表现出高离子传导率，但存在安全性问题。而且，由于有机溶剂容易挥发，因此当聚合物电解质形成为片状时，其难以处理，并且难以通过干燥来去除水分，而通过干燥来去除水分对于改善电池特性是必不可少的。再者，根据聚合物电解质和有机溶剂的种类，聚合物电解质与有机溶剂有时会分离，存在聚合物电解质片的离子传导率和机械强度显著下降的担忧。

本发明是考虑上述情况而完成的，其主要目的是提供一种聚合物电解质组合物，该聚合物电解质组合物即使不使用有机溶剂也能够制备在室温(例如25℃)下具有优异的离子传导率且自支撑性高的片材。

解决方案

本发明的第一方面是一种聚合物电解质组合物，其包含：具有下式(1)所示的结构单元的聚合物；选自由锂盐、钠盐、镁盐和钙盐组成的组中的至少一种电解质盐；以及N-乙基-N-甲基吡咯烷双(氟磺酰)亚胺(在下文中，有时称为[Py12][FSI])：