CN113136047A - 具有混合的长侧链和短侧链的锂化的全氟化聚合物 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“具有混合的长侧链和短侧链的锂化的全氟化聚合物”。一种聚合物电解质包括离子导电锂化膜，所述离子导电锂化膜包括单离子聚合物，所述单离子聚合物具有：第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；以及第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括用所述短侧链塑化的约4至7个碳的长碳链。所述聚合物电解质还可包括增塑剂。

Description

具有混合的长侧链和短侧链的锂化的全氟化聚合物
技术领域
本公开涉及一种单离子聚合物电解质，以及一种用于产生单离子聚合物电解质的方法。
背景技术
由于性能因素和较高的能量密度，用固态电解质(SSE)替换液体电解质的固态电池已经引起了极大的关注。SSE包括各种组，诸如固体聚合物电解质和无机固体电解质。在这些组内，存在其他类型的电解质，诸如在聚合物电解质组内的单离子聚合物电解质(SIPE)。SIPE在若干因素方面显示出改进的性能，以及与当前锂离子电池技术的制造兼容性。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种聚合物电解质包括：离子导电锂化膜，所述离子导电锂化膜包括单离子聚合物，所述单离子聚合物具有：第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；以及第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括用所述短侧链塑化的约4至7个碳的长碳链。
根据至少一个实施例，所述第一锂化全氟磺酸离聚物可具有600至900g/mol的当量重量。在一个或多个实施例中，所述第二锂化全氟磺酸离聚物可具有至少1000g/mol的当量重量。在至少一个实施例中，所述离子导电锂化膜可具有约0.80至1.00的锂离子迁移。在某些实施例中，所述离子导电膜可具有高达5.0V的电化学稳定性。在一些实施例中，所述短碳链可为3个碳。在其他实施例中，所述短碳链可为2个碳。在某些实施例中，所述长碳链可为4至5个碳。在至少一个实施例中，所述聚合物电解质还可包括增塑剂。所述增塑剂可为PC、EC:PC、PEGDME、PEO、PEGMAx(其中x为100至50000)、或其组合。在一些实施例中，所述单离子聚合物可包括10重量％至90重量％的所述第一锂化全氟磺酸离聚物，其中余量是所述第二锂化全氟磺酸离聚物。在其他实施例中，所述单离子聚合物可包括80:20重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。在其他实施例中，所述单离子聚合物可包括60:40重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。在再一些其他实施例中，所述单离子聚合物可包括50:50重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
根据一个或多个实施例，一种形成单离子聚合物电解质的方法包括：将单离子聚合物的第一全氟磺酸离聚物与所述单离子聚合物的第二全氟磺酸离聚物混合来形成混合物，所述第一全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链，所述第二全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括处于预定重量比的约4至7个碳的长碳链。所述方法还包括对所述混合物进行溶液浇铸以形成氢形式(hydrogen-form)的电解质膜，以及使所述氢形式额电解质膜锂化以形成离子导电锂化电解质膜。
根据至少一个实施例，所述方法还可包括将所述锂化电解质膜浸没在1:1体积比的碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中。在一个或多个实施例中，所述方法还可包括在真空下干燥所述锂化电解质膜。在至少一个实施例中，所述第一全氟磺酸离聚物可具有600至900g/mol的当量重量。在某些实施例中，所述第二全氟磺酸离聚物可具有至少1000g/mol的当量重量。在一个或多个实施例中，所述预定比率可为50:50重量比。
根据一个或多个实施例，一种形成聚合物电解质膜的方法包括：通过将1M LiOH添加到5重量％的第一全氟磺酸离聚物的水溶液直到混合物的pH达到7.0来使所述溶液锂化以形成第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；以及通过将1M LiOH添加到5重量％的第二全氟磺酸离聚物的水溶液直到混合物的pH达到7.0来使所述溶液锂化以形成第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括约4至7个碳的长碳链。所述方法还包括：在真空下干燥所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物以形成相应的第一锂化全氟磺酸离聚物粉末和第二锂化全氟磺酸离聚物粉末，以及将所述第一锂化全氟磺酸离聚物粉末和所述第二锂化全氟磺酸离聚物粉末按重量计以50:50混合以形成混合物。将所述混合物溶解在NMP溶剂中。所述方法还包括：将增塑剂添加到所述混合物以形成聚合物电解质溶液；以及将所述聚合物电解质溶液浇铸在薄膜上以干燥和去除所述NMP溶剂并且形成所述膜。
附图说明
图1是示出具有不同长度的锂化的全氟化聚合物侧链的示意图；
图2A和图2B分别示出了根据一个实施例的单离子聚合物电解质膜的示意图和示意性分子图；
图3是比较常规电解质和根据一个实施例的单离子聚合物电解质的性质的表格；
图4是示出图3的单离子聚合物电解质的循环伏安测试的曲线图；
图5是示出图3的常规电解质和单离子聚合物电解质的热解重量分析的曲线图；
图6是示出图3的单离子聚合物电解质的极化的曲线图；
图7是比较常规的双离子导体和根据另一个实施例的单离子聚合物电解质的性质的表格；并且
图8是示出图7的常规的双离子导体和单离子聚合物电解质的热解重量分析的曲线图。
具体实施方式
根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
此外，除非另外明确指明之处，否则在描述本公开的更广范围时，本公开中的所有数值量都应理解为由字词“约”修饰。在所陈述的数值极限内的实践通常是优选的。而且，除非明确相反地陈述，否则结合本公开将一组或一类材料描述为对于给定目的而言是合适或优选的暗示该组或该类中的任何两个或更多个成员的混合物可同样地是合适或优选的。另外，在所陈述的数值极限内的实践通常是优选的。
另外地，除非明确相反地陈述：否则所有R基团(例如，Ri，其中i是整数)包括氢、烷基、低级烷基、C1-6烷基、C6-10芳基、C6-10杂芳基、-NO2、-NH2、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)+L-、Cl、F、Br、-CF3、-CCl3、-CN、-SO3H、-PO3H2、-COOH、-CO2R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O-M+、-SO3 -M+、-PO3 -M+、-COO-M+、-CF2H、-CF2R’、-CFH2和-CFR’R”，其中R’、R”和R”’是C1-10烷基或C6-18芳基基团；单个字母(例如，“n”或“o”)是1、2、3、4或5；在本文公开的化合物中，CH键可被以下项取代：烷基、低级烷基、C1-6烷基、C6-10芳基、C6-10杂芳基、-NO2、-NH2、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)+L-、Cl、F、Br、-CF3、-CCl3、-CN、-SO3H、-PO3H2、-COOH、-CO2R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O-M+、-SO3 -M+、-PO3 -M+、-COO-M+、-CF2H、-CF2R’、-CFH2和-CFR’R”，其中R’、R”和R”’是C1-10烷基或C6-18芳基基团；百分比、“份数”和比率值均以重量计；术语“聚合物”包括“寡聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等等；除非另外指明，否则针对任何聚合物提供的分子量是指重均分子量；结合本发明将一组或一类材料描述为对于给定目的而言是合适或优选的暗示该组或该类中的任何两个或更多个成员的混合物同样地是合适或优选的；用化学术语对成分的描述是指添加到说明书中指定的任何组合时的成分，并且不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用；首字母缩写词或其他缩写词的第一定义适用于本文中具有相同缩写词的所有后续使用，并且进行必要的修改而适用于最初定义的缩写词的常规语法变体；并且，除非明确相反地陈述，否则通过与之前或之后针对同一性质所提及的相同技术来确定性质的度量。
还应理解，本发明不限于下文描述的具体实施例和方法，因为具体部件和/或条件当然可发生变化。此外，本文所使用的术语仅用于描述本发明的特定实施例的目的，而并不意图以任何方式进行限制。
还必须注意，除非上下文另外明确指明，否则如说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包括复数个指示物。例如，以单数形式对部件的引用意图包括多个部件。
术语“包含”与“包括”，“具有”，“含有”或“特征在于”同义。这些术语是包括性的和开放式的，并且不排除另外的未叙述的要素或方法步骤。
短语“由……组成”排除权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。当此短语出现在权利要求的主体的条款中时，而不是紧接在前言之后，它仅限制该条款中阐述的要素；其他要素并不作为整体从权利要求中排除。
短语“基本上由……组成”将权利要求的范围限于指定的材料或步骤，加上不会实质上影响所要求保护的主题的一个或多个基本和新颖特性的那些材料或步骤。
相对于术语“包含”、“由……组成”和“基本上由……组成”，在本文中使用这三个术语中的一者的情况下，当前公开和要求保护的主题可包括其他两个术语中的任一者的使用。
还应了解，整数范围明确包括所有中间整数。例如，整数范围1-10明确包括1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。类似地，范围1至100包括1、2、3、4....97、98、99、100。类似地，当需要任何范围时，作为上限与下限之间的差值除以10的增量的中间数值可被视为替代的上限或下限。例如，如果范围是1.1至2.1，则以下数值1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9和2.0可被选择作为下限或上限。在本文阐述的具体示例中，浓度、温度和反应条件(例如，压力、PH等)可在指示为四舍五入至三个有效数字的值的正负50％的情况下实践。在一种改进方案中，浓度、温度和反应条件(例如，压力、PH等)可在指示为四舍五入至示例中提供的值的三个有效数字的值的正负30％的情况下实践。在另一种改进方案中，浓度、温度和反应条件(例如，PH等)可在指示为四舍五入至示例中提供的值的三个有效数字的值的正负10％的情况下实践。
在本文阐述的示例中，浓度、温度和反应条件(例如，压力、PH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负50％的情况下实践。在一种改进方案中，浓度、温度和反应条件(例如，压力、PH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负30％的情况下实践。在另一种改进方案中，浓度、温度和反应条件(例如，压力、PH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负10％的情况下实践。
对于表述为具有多个字母和数字下标的经验化学式(例如，CH2O)的所有化合物，下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负50％。例如，如果指示CH2O，具有式C(0.8-1.2)H(1.6-2.4)O(0.8-1.2)的化合物。在一种改进方案中，下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负30％。在又另一种改进方案中，下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负20％。
全氟化聚合物的酸形式(也可互换地称为全氟磺酸离聚物或PFSA(例如，
Figure BDA0002893781120000071
1100当量重量(EW)))是用于燃料电池中的聚合物电解质膜。PFSA可被锂化来将离聚物的氢形式(H形式)改变为锂形式(Li形式)。在锂化之后，当与常规电解质相比较时，聚合物电解质显示出显著改进的Li+离子导电性。锂化的全氟化电解质的其他优点包括Li+迁移数一致性，以及机械强度、电化学稳定性和热稳定性的改进。
图1中示意性地示出了锂化的全氟化离聚物的各种长度的侧链。可通过调整侧链结构，并更具体地调整侧链长度来修改锂化的全氟化聚合物电解质的性质。具有1100EW的Nafion具有长侧链，即具有4至6个碳，但是当与短侧链的锂化的全氟化聚合物电解质相比较时，由于链长度，所述Nafion显示出较低的离子导电性。具有短侧链(即，包含较少的碳，即2至4个碳)的锂化的全氟化聚合物电解质具有各种性质，诸如较高的离子浓度，这会带来较高的导电性。由于具有短侧链的锂化的全氟化聚合物电解质的较低当量重量，因此与长侧链的锂化的全氟化聚合物电解质相比较时，离子导电性有所改进，因为短侧链可能会在膜中产生较小尺寸但是较大数量的离子簇。尽管短侧链的锂化的全氟化聚合物电解质在离子导电性方面相对于长侧链的锂化的全氟化聚合物电解质显示出某些改进，但是短侧链离聚物，尤其是具有非常低的EW的离聚物无法形成自立膜。另外，由低EW离聚物形成的膜具有有限的强度。
根据一个或多个实施例，聚合物电解质包括离子导电锂化膜，所述离子导电锂化膜包括单离子聚合物，所述单离子聚合物具有与长链的锂化的全氟化离聚物混合的短侧链的锂化的全氟化离聚物。例如，锂化的全氟化离聚物可为锂化全氟磺酸(PFSA)。锂化的全氟化离聚物可以可互换地称为锂化全氟磺酸离聚物。短侧链具有约1至3个碳的短碳侧链，并且长碳侧链具有约4至7个碳，所述长碳侧链经由与短侧链的相互作用而形成单离子聚合物电解质。单离子聚合物电解质是具有锂离子导电性的锂离子迁移数接近1.0的自立膜。在某些实施例中，锂迁移数大于0.8，在其他实施例中大于0.85，并且在再一些其他实施例中大于0.9。此外，聚合物电解质膜直到5.0V vs Li/Li+都是电化学稳定的。另外，单离子聚合物电解质与其他电池材料具有低界面阻抗，并且具有与当前LIB技术的制造兼容性。
根据至少一个实施例，固态电池包括正电极和负电极，以及在其之间的单离子聚合物电解质分隔体。正电极可为锂金属电极、石墨电极、C-Si电极或其他合适的电极。负电极可包括金属氧化物(例如，LiCoxNiyMn1-x-yO2)、LiFePO4、硫或其他合适的电极材料。参考图2A至图2B，单离子聚合物电解质膜200形成分隔体并且提供分隔体所需的离子导电。单离子聚合物电解质膜200还可作为离子导体和粘合剂包括在固态阳极和/或阴极中。单离子聚合物电解质膜200包括长侧链的锂化的全氟化聚合物210和短侧链的锂化的全氟化聚合物220的混合物，在侧链上具有取代氢的锂离子230。在一些实施例中，锂化的全氟化聚合物是锂化PFSA。长侧链210具有在一些实施例中为约4至7个碳，在其他实施例中为约4至6个碳，并且在又一个实施例中为约4至5个碳的碳链长度。长侧链的锂化的全氟化离聚物210可具有在一些实施例中为至少1000g/mol，在其他实施例中为1000至1500g/mol并且在再一些其他实施例中为1000至1200g/mol的当量重量。短侧链220具有在一些实施例中为约1至3个碳，在某些实施例中为约2至3个碳，在其他实施例中为2个碳或在再一些其他实施例中为3个碳的碳链长度。短侧链的锂化的全氟化离聚物220可具有在一些实施例中为600至900g/mol，在其他实施例中为650至850g/mol，并且在再一些其他实施例中为675至875g/mol的当量重量。再次参考图1，长侧链的锂化的全氟化离聚物100的示例包括4个碳，短侧链的锂化的全氟化离聚物200的示例包括3个碳，并且短侧链的锂化的全氟化离聚物300的另一个示例包括2个碳。短侧链和长侧链的混合物提供了具有改进的性质的单离子聚合物电解质膜200。在某些实施例中，在单离子聚合物电解质膜中，长侧链和短侧链离聚物以约50:50的重量比存在。在一些其他实施例中，短侧链离聚物可以10重量％至90重量％存在，在其他实施例中，短侧链离聚物可以25重量％至75重量％存在，并且在又一个实施例中可以40重量％至60重量％存在，余量为长侧链离聚物。
单离子聚合物电解质还可包括增塑剂。增塑剂可为液体(例如，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(EC)、聚(乙二醇)二甲醚(PEGDME)或者两种或更多种前述物质的混合物)或非液体增塑剂(例如，PEGMA950、聚(氧化乙烯)(PEO))。当与仅包含长侧链的锂化的全氟化聚合物的常规电解质膜相比较时，包括长侧链和短侧链的锂化的全氟化聚合物的混合物的单离子聚合物电解质具有更高的离子导电性、电化学稳定性、循环稳定性和电流密度。
根据一个或多个实施例，单离子聚合物电解质包括具有短侧链的锂化的全氟化离聚物和具有长侧链的锂化的全氟化离聚物。短碳链长度可为1至3个碳，并且长碳链长度可为4至7个碳。锂化的全氟化离聚物在一些实施例中可为锂化全氟磺酸(Li-PFSA)。单离子聚合物电解质是具有高锂离子导电性的离子导电膜。全氟化主链为膜提供了高化学稳定性和热稳定性。电解质膜不需要添加锂盐，因为在增塑剂的帮助下，阳离子(即，Li-PFSA中的Li+)可容易地从拴连的硫酸根基团中解离。由于阴离子结合到聚合物的侧链，因此唯一的移动物质是Li+离子，从而产生接近1.0的迁移数。具有混合的长侧链和短侧链的锂化的全氟化聚合物电解质的显著性质包括但不限于：高Li+迁移数(tLi+大于0.9)；高离子导电性(在室温下，对于包含液体增塑剂的电解质，大于0.1mS/cm，并且对于包含非液体增塑剂的电解质，大于0.01mS/cm)；以及热稳定性。
实验结果
示例1
在第一个示例中，用以下项的50:50百分比离聚物混合物制备单离子聚合物电解质膜：5重量％的长侧链H形式的PFSA溶液，其具有6个碳的碳链长度以及1100g/mol的当量重量；以及5重量％的短侧链H形式的PFSA溶液，其具有2个碳的碳链长度以及800g/mol的当量重量。对混合物进行溶液浇铸以形成H形式膜。将膜在1M LiOH溶液中在80℃下处理12小时，因此每种离聚物被转化为Li形式的PFSA。然后在去离子水中在80℃下充分漂洗Li形式的膜，并且在真空下在120℃下干燥12小时。之后将膜在1:1的碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯(EC:PC)溶液中浸泡一小时，以获得约40重量％的EC:PC溶液的摄取。较高的EC:PC摄取有益于提供较高的离子导电性，但是它会削弱膜的机械强度。因此，对于该初步研究，EC:PC摄取被限制为低于40重量％，这提供了相对高的离子导电性，同时维持了良好的机械强度。
图3示出了示例1的单离子聚合物电解质当与常规的长侧链电解质(Nafion)的对照样品相比较时的结果。如可见于图3中，混合的单离子聚合物电解质具有更低的EW，但是显示出具有更高的导电性的更厚的膜的形式。此外，锂的迁移数要高得多，从而显示出单离子的导电性。此外，单离子聚合物电解质的电压窗口以及临界电流密度都较高。因此，具有混合的短侧链和长侧链的膜在导电性、锂离子的迁移数和临界电流密度方面都显示出改进，这可转化为电池性能的改进。图4至图6示出了与长侧链电解质相比较的示例1的单离子聚合物电解质的各种性质。图4示出了SS/EC:PC-SIPE膜/Li电池在室温下在1mV/s的扫描速率下在-0.5与5.5V之间的循环伏安测试曲线。图5示出了具有EC:PC的单离子聚合物电解质与不具有EC:PC的单离子聚合物电解质相比较的热解重量分析曲线，以及关于完全干燥的基线SIPE的曲线。图6示出了Li/EC:PC-SIPE膜/Li电池在室温下在30分钟剥离-电镀循环之后在逐步增加电流密度的情况下的极化曲线图。
示例2
在另一个示例中，制备50:50(按重量计)的单离子聚合物电解质溶液。在第一步骤中，通过逐滴添加1M LiOH直到溶液的pH值达到7.0来将5重量％的长侧链H形式的PFSA和5重量％的短侧链H形式的PFSA水溶液转化为相应的Li形式的溶液。在真空下在120℃下将锂化的长侧链和短侧链溶液完全干燥12小时，并且获得相应的Li-PFSA的粉末。将具有50:50(重量)比的两种粉末的混合物在80℃下溶解在NMP溶剂中并且搅拌来形成期望浓度的单离子聚合物电解质溶液。然后以期望的组成将聚合物电解质溶液与所选择的固体增塑剂(PEGMA950和EC+PEGMA950)充分混合。将混合物浇铸在Teflon薄膜上，并且在80℃下干燥以去除溶剂NMP。之后将聚合物电解质膜从Teflon衬底上剥离并且对其进行评估。对于具有增塑剂的固体单离子聚合物电解质，用EC+PEGMA950制备示例，所述示例具有EO:Li为20:1和EC:Li＝3:1的比率。
图7示出了示例2的单离子聚合物电解质(具有固体增塑剂的固体单离子聚合物电解质)当与LiTFSI-PEO-添加剂的对照样品相比较时的结果。如可见于图7中，单离子聚合物电解质具有类似的膜厚度，但是导电性处于比对照高的量级上。类似地，迁移数显著高于对照，在用于电池中时伴有类似的电化学稳定性窗口。因此，作为固态单离子聚合物电解质膜的膜在锂离子的导电性和迁移数方面显示出改进。图8示出了具有增塑剂的固态单离子聚合物电解质与对照相比较的热解重量分析曲线。
虽然上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。相反，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可将各种实现的实施例的特征进行组合，以形成本发明的另外的实施例。
根据本发明，提供了一种聚合物电解质，所述聚合物电解质具有：离子导电锂化膜，所述离子导电锂化膜包括单离子聚合物，所述单离子聚合物具有：第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；以及第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括用所述短侧链塑化的约4至7个碳的长碳链。
根据一个实施例，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有600至900g/mol的当量重量。
根据一个实施例，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有至少1000g/mol的当量重量。
根据一个实施例，所述离子导电锂化膜具有约0.80至1.00的锂离子迁移。
根据一个实施例，所述离子导电膜具有高达5.0V的电化学稳定性。
根据一个实施例，所述短碳链为3个碳。
根据一个实施例，所述短碳链为2个碳。
根据一个实施例，所述长碳链为4至5个碳。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，增塑剂，其中所述增塑剂为PC、EC:PC、PEGDME、PEO、PEGMAx(x＝100-50000)、或其组合。
根据一个实施例，所述单离子聚合物包括10重量％至90重量％的所述第一锂化全氟磺酸离聚物，其中余量是所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
根据一个实施例，所述单离子聚合物包括80:20重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
根据一个实施例，所述单离子聚合物包括60:40重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
根据一个实施例，所述单离子聚合物包括50:50重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
根据本发明，提供了一种形成单离子聚合物电解质的方法，所述方法具有：将单离子聚合物的第一全氟磺酸离聚物与所述单离子聚合物的第二全氟磺酸离聚物混合来形成混合物，所述第一全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链，所述第二全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括处于预定重量比的约4至7个碳的长碳链；对所述混合物进行溶液浇铸以形成氢形式的电解质膜；以及使所述氢形式的电解质膜锂化以形成离子导电锂化电解质膜。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，将所述锂化电解质膜浸没在1:1体积比的碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，在真空下干燥所述锂化电解质膜。
根据一个实施例，所述第一全氟磺酸离聚物具有600至900g/mol的当量重量。
根据一个实施例，所述第二全氟磺酸离聚物具有至少1000g/mol的当量重量。
根据一个实施例，所述预定比率为50:50重量比。
根据本发明，提供了一种形成聚合物电解质膜的方法，所述方法具有：通过将1MLiOH添加到5重量％的第一全氟磺酸离聚物的水溶液直到混合物的pH达到7.0来使所述溶液锂化以形成第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；通过将1M LiOH添加到5重量％的第二全氟磺酸离聚物的水溶液直到混合物的pH达到7.0来使所述溶液锂化以形成第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括约4至7个碳的长碳链；在真空下干燥所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物以形成相应的第一锂化全氟磺酸离聚物粉末和第二锂化全氟磺酸离聚物粉末；将所述第一锂化全氟磺酸离聚物粉末和所述第二锂化全氟磺酸离聚物粉末按重量以50:50混合以形成混合物；将所述混合物溶解在NMP溶剂中；将增塑剂添加到所述混合物以形成聚合物电解质溶液；以及将所述聚合物电解质溶液浇铸在薄膜上以干燥和去除NMP溶剂并且形成所述膜。

Claims (15)

1.一种聚合物电解质，所述聚合物电解质包括：
离子导电锂化膜，所述离子导电锂化膜包括单离子聚合物，所述单离子聚合物具有
第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有多个短侧链，所述多个短侧链各自包括约1至3个碳的短碳链；以及
第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有多个长侧链，所述多个长侧链各自包括用所述短侧链塑化的约4至7个碳的长碳链。
2.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述离子导电锂化膜具有约0.80至1.00的锂离子迁移。
3.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述离子导电膜具有高达5.0V的电化学稳定性。
4.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述短碳链为3个碳。
5.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述短碳链为2个碳。
6.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述长碳链为4至5个碳。
7.如权利要求1所述的聚合物电解质，所述聚合物电解质还包括增塑剂，其中所述增塑剂为PC、EC:PC、PEGDME、PEO、PEGMAx(x＝100-50000)、或其组合。
8.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述单离子聚合物包括10重量％至90重量％的所述第一锂化全氟磺酸离聚物，其中余量是所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
9.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述单离子聚合物包括80:20重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
10.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述单离子聚合物包括60:40重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
11.如权利要求1所述的聚合物电解质，其中所述单离子聚合物包括50:50重量比的所述第一锂化全氟磺酸离聚物和所述第二锂化全氟磺酸离聚物。
12.一种单离子聚合物电解质，所述单离子聚合物电解质包括：
第一锂化全氟磺酸离聚物，所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有短侧链，所述短侧链包括约2个碳的短碳链；以及
第二锂化全氟磺酸离聚物，所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有长侧链，所述长侧链包括约4至5个碳的长碳链，
其中所述短侧链和所述长侧链配合来形成离子导电膜。
13.如权利要求12所述的聚合物电解质，其中所述离子导电锂化膜具有大于0.9的锂离子迁移。
14.如权利要求1或12所述的聚合物电解质，其中所述第一锂化全氟磺酸离聚物具有600至900g/mol的当量重量。
15.如权利要求1或12所述的聚合物电解质，其中所述第二锂化全氟磺酸离聚物具有至少1000g/mol的当量重量。
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