[发明专利]固体电解质组合物

说明书

本发明涉及一种固体电解质组合物，其包含：a)至少一种包含具有两个链末端的(全)氟聚氧亚烷基链[链(R_pf)]的(全)氟聚醚，其中至少一个链末端具有式(I)：‑[CH(J)CH₂O]_na[CH₂CH(J)O]_na’‑H(I)，其中每一个J独立地是H、芳基、直链或支链烷基，并且na和na’，彼此相同或不同，是零或从1至50的整数，其前提是na+na’是从1至50；b)包含具有式(II)的链的聚(氧化烯)：R¹_B‑[OCHR¹_A(CH₂)_jCHR²_A]_n‑OR²_B(II)，其中R¹_A和R²_A中的每一个独立地是氢原子或C₁‑C₅烷基，j是零或1至2的整数，R¹_B和R²_B独立地是氢原子或C₁‑C₃烷基，并且n是从5至1000的整数；以及c)至少一种锂盐。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月12日提交的欧洲专利申请号18205752.1的优先权，出于所有目的将该申请的全部内容通过援引方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种固体聚合物电解质组合物，特别是用于在锂离子电池中使用。

背景技术

由于对于汽车工业的电动工具、混合电动车辆、电动车辆以及对于日常生活的便携式设备的商业化的兴趣越来越大，在过去的许多年中已看到了锂离子电池(LIB)不断发展。

电解质是长寿命和高性能的LIB的重要部件。电解质应能够提供合适的离子电导率并且保持良好的化学稳定性和与电极材料的相容性。对于实际应用，电解质在室温下的离子电导率必须超过10^-5S/cm。此外，电解质应具有接近于1的Li⁺迁移数，以避免在充电和放电循环期间的浓度梯度。

固体聚合物电解质(SPE)-其是无溶剂的基于聚合物的电解质-在下一代LIB(其当前含有液体电解质)中的使用变得越来越具有吸引力。液体电解质的替代具有若干优点：其允许在阳极上使用更大能量密度的固体锂，去除有毒的溶剂，改善循环能力并且消除对于沉重外壳的需求。尽管SPE有优点，但其电导率不足以在电池中使用。因此，在过去20年，在改善其电导率方面已经进行了相当大的努力。

SPE通常由两种组分构成，所述组分即聚合物基质和锂盐，它们是影响离子电导率的关键因素。通常，高离子电导率与聚合物基质的无定形相有关，该无定形相进而与该聚合物基质玻璃化转变温度(T_g)有关。

由于双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(LiTFSI)在聚合物基质中的高溶解度、离子电导率、电化学稳定性和解离水平，它是表现最好的锂盐。

理想的聚合物基质应具有很强的使锂离子溶剂化的能力，在环境温度下具有低的T_g以保持橡胶状并且在操作温度范围内具有有限的结晶度以使锂离子电导率保持在与液体电解质体系(10³S/cm)的锂离子电导率基本上类似。

聚(氧化乙烯)(PEO)由于其独特的使锂离子溶剂化的能力和低至约-67℃的T_g而一直被认为是最有前途的聚合物基质。由于在低于PEO的结晶熔点(约65℃)下PEO中存在结晶域，因此基于PEO的SPE仅能够在较高的温度下操作。

为了调整基于PEO的电解质的特性，提供更加精确地控制结晶熔化和玻璃化转变温度特性，增加锂离子迁移率以及增加在操作温度范围内的离子电导率，已经进行了广泛的研究。