[发明专利]基于PXE的聚合物组合物

说明书

公开了基于聚(2,6‑二甲基‑1,4‑苯醚)和其它高软化温度聚合物的新型聚合物组合物。这些材料具有微相域结构，其含有离子导电相和具有良好机械强度和高软化温度的相。在一些布置中，结构嵌段具有大约210℃的软化温度。这些材料可用均聚物或用嵌段共聚物制成。当这些聚合物与电解质盐组合时，它们可用作既有高离子电导率又有良好机械性质的电解质。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月30日提交的美国临时专利申请62/739,336的优先权，其经此引用并入本文。

发明背景

发明领域

本发明大体上涉及新合成的微相分离聚合物材料。

本文中提到的所有出版物出于所有目的全文经此引用并入本文，就像完整阐述在本文中那样。

对锂二次电池组的需求量增加已导致为改进它们的安全性和性能作出研究和开发。许多电池组使用液体电解质并与高度挥发性、易燃性和化学反应性相关联。考虑到这一点，与锂基电池组系统一起使用固体电解质的想法已引起极大的兴趣。

锂固体聚合物电解质可充电电池组是用于锂离子电池组的尤其有吸引力的技术，因为固体聚合物电解质表现出高热稳定性、低自放电率、在宽范围的环境条件下稳定运行、增强的安全性、电池组配置的灵活性、最小环境影响和低材料和加工成本等益处。此外，固体聚合物电解质使得能够使用锂金属阳极，其提供比传统锂离子阳极高的能量密度。

尽管它们有许多优点，但无法开发既表现出高离子电导率又表现出良好机械性质的电解质阻碍了固体聚合物电解质的应用。这种困难是由于高离子电导率根据标准机制需要高聚合物链运动性。但高聚合物链运动性根据标准机制倾向于产生机械上软的聚合物。

作为一个实例，原型聚合物电解质是由聚环氧乙烷（PEO）/盐混合物组成的电解质。PEO通常提供在室温下良好的机械性质。但是，PEO在室温下也在很大程度上结晶。结晶结构通常限制链运动性，以致降低电导率。在高温下（即在高于聚合物的熔点时）使用PEO电解质通过提高链运动性和因此改进离子电导率解决电导率问题。但是，提高的电导率以材料的机械性质变差为代价。在较高温度下，该聚合物不再刚性。

已提出嵌段共聚物作为既能表现出良好的机械性质又能表现出良好电导率的材料。通过使用两种或更多种嵌段的微相分离嵌段共聚物，至少一种嵌段可提供机械完整性，同时至少一种嵌段可提供高电导率。聚合物电解质受到比液体电解质差的电导率困扰。聚合物电解质在较高温度下更好地导电，并且在高于110℃的极高温度下运行电化学电池使得电导率类似于在室温下的液体电解质。但是，这必须与机械嵌段的熔融温度进行权衡。迄今，尚未报道可在保持高机械强度的同时在高温（例如高于150℃）下运行的嵌段共聚物。

因此，已经并且仍然非常需要在高温运行下具有足够的实用离子电导率和机械稳定性的聚合物电解质材料。

附图描述

图1显示PS-PEO嵌段共聚物和示例性PXE-PEO嵌段共聚物的模量测量 vs 温度。

图2A是示例性二嵌段共聚物分子的简化图。

图2B是显示多个二嵌段共聚物分子如何可以自排列以形成由第一聚合物嵌段组成的第一相的第一域和由第二聚合物嵌段组成的第二相的第二域的示意图。

图2C是显示二嵌段共聚物分子如何可以自排列以形成多个重复域的示意图。

图3A是具有第一聚合物嵌段、第二聚合物嵌段和与第一聚合物嵌段相同的第三聚合物嵌段的示例性三嵌段聚合物分子的简化图。

图3B是显示多个三嵌段聚合物分子如何可以自排列以形成第一相的第一域、第二相的第二域和第一相的第三域的示意图。

图3C是显示三嵌段聚合物分子如何可以自排列以形成多个重复域，由此形成连续纳米结构化嵌段共聚物的示意图。