DE102005013790A1

DE102005013790A1 - Polymerelektrolyt, Verwendung des Polymerelektrolyten und elektrochemische Vorrichtung, die den Polymerelektrolyten umfasst

Info

Publication number: DE102005013790A1
Application number: DE102005013790A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Stebani; Robert Dr. Gärtner; Gerhard Dr. Maier
Original assignee: Polymaterials AG
Current assignee: Polymaterials AG
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: EP1866999A1; DE102005013790B4; CA2602276A1; US20090029250A1; WO2006100085A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polymerelektrolyten mit einer Lithiumsalzkomponente und einer Polymerkomponente, wobei die Polymerkomponente mindestens eine Polymerverbindung umfasst, deren Wiederholungseinheiten zumindest teilweise Gruppen aufweisen, die mit den Anionen der Lithiumsalzkomponente so wechselwirken, dass die Dissozation des Lithiumsalzes gefördert wird. Dadurch wird eine hohe Ionenleitfähigkeit des Polymerelektrolyten durch Wechselwirkung der Polymerkomponente mit den in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen ohne Flüssigkomponente, also ohne Weichmacher und Lösungsmittel, gewährleistet. Der erfindungsgemäße Polymerelektrolyt ist zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere in einer Batterie und einem Akkumulator, besonders geeignet. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des Polymerelektrolyten zur Herstellung einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere einer Batterie und eines Akkumulators, eine elektrochemische Vorrichtung, die den Polymerelektrolyten umfasst, sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Ionenleitfähigkeit von Polymerelektrolyten.

Description

Lithium-Metall-Polymerbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Ionenbatterien sind elektrochemische Vorrichtungen, die im wesentlichen aus einer Anode, einem Li-Ionen leitenden Elektrolyten und einer Kathode bestehen. Dabei kann die Anode Lithiummetall oder ein Material sein, welches Lithiumatome einlagert. Der Elektrolyt kann eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein festes Polymer sein. Die Kathode besteht aus einem Material, welches Lithium-Ionen einlagern kann, wobei das Material gleichzeitig reduziert wird. Derartige Vorrichtungen dienen zum reversiblen Speichern von elektrischer Energie, so dass sie eigentlich als „Akkumulatoren" bezeichnet werden sollten. Akkumulatoren können also eine große Anzahl an Ladungs-Entladungs-Zyklen durchlaufen. Im Gegensatz dazu kann eine Batterie nach ihrer Entladung nicht mehr wiederaufgeladen werden. Dennoch hat sich im alltäglichen Sprachgebrauch die Bezeichnung „Batterien" für Lithium-Metall-Polymerbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Ionenbatterien durchgesetzt.

Lithium-Ionenbatterien, die bei Raumtemperatur betrieben werden sollen, müssen nach heutigem Stand der Technik einen flüssigen oder viskosen Elektrolyten aufweisen, da nur solche Elektrolyte eine hinreichend hohe Leitfähigkeit für Li-Ionen besitzen. Ist die Leitfähigkeit des Elektrolyten zu niedrig, sind diese Batterien für die meisten Anwendungen nicht geeignet, da sie unter anderem zu geringe Entladeströme zulassen.

Wegen der hohen Reaktivität von elementarem Lithium (als Metall oder als Einlagerungsverbindung von Lithiumatomen) gegenüber organischen Verbindungen, insbesondere polaren Lösungsmitteln, ergibt sich das Problem, dass Lithium-Ionenenthaltende Batterien keinen hohen Temperaturen ausgesetzt und insbesondere nicht überladen oder mit zu hohen Ladeströmen geladen werden dürfen, da unter solchen Umständen eine Zersetzungsreaktion des Elektrolyten einsetzen kann. Diese Zersetzungsreaktion ist exotherm und führt bei flüssigen Elektrolyten oder solchen, die Flüssigkeiten, beispielsweise als Weichmacher, enthalten, oft zu gasförmigen Zersetzungsprodukten und damit zu einem sehr heftigen Druckanstieg in der Batterie, der bei unsachgemäßer Handhabung zur Zerstörung oder sogar zur Explosion der Batterie führen kann.

Im Falle von Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Metall-Polymerbatterien, die Polymere als Elektrolyte enthalten, wird versucht, dieses Sicherheitsproblem zu lösen. Jedoch weisen derartige Elektrolyte bei Raumtemperatur erheblich (bis zu mehreren Größenordnungen) geringere Leitfähigkeiten für Li-Ionen auf als flüssige Elektrolyte oder Gel-Elektrolyte. Beispielsweise liegen die Leitfähigkeiten von Standardsystemen auf der Basis von Poly(ethylenoxid), dotiert mit verschiedenen Lithiumsalzen, bei Raumtemperatur typischerweise unter 10^–6 S/cm. Dies wird vor allem darauf zurückgeführt, dass Poly(ethylenoxid), aber auch andere Polyether, die für diese Anwendung eingesetzt werden, bei Raumtemperatur teilkristallin sind, wodurch die Ladungsträgerbeweglichkeit stark vermindert wird. Daher werden den Polymerelektrolyten oder Gel-Elektrolyten flüssige Lösungsmittel oder Weichmacher beigemischt, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Damit können zwar Leitfähigkeiten über 10^–4 S/cm erreicht werden. Es zeigen sich jedoch ähnliche Probleme wie bei flüssigen Elektrolyten, da auch die Lösungsmittel und Weichmacher gasförmige Zersetzungsprodukte bilden können. Alternativ können Batterien mit Polymerelektrolyten auch bei höheren Temperaturen zur Erzielung einer höheren Leitfähigkeit eingesetzt werden, wobei häufig ein Bereich um 65°C als Betriebstemperatur gewählt wird. Dies bedeutet jedoch einen Verlust an Kapazität bzw. Leistungsdichte der Batterie, da ein Teil der gespeicherten elektrischen Energie für die Erwärmung verwendet werden muss. Zudem erhöht es die Komplexität und damit den Preis der Batterie erheblich, da eine Heizung, eine Temperaturüberwachung sowie Sicherheitsvorrichtungen zum Abschalten der Heizung erforderlich sind. Denn bei zu hohen Temperaturen beginnen sich auch die Polymerelektrolyte in Kontakt mit dem elementarem Lithium zu zersetzen.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik enthalten Li-Ionen leitende Polymerelektrolyte ein Li-Salz, um die Ionenleitfähigkeit zu ermöglichen. Die Leitfähigkeit hängt dann im Wesentlichen von der Zahl der Ionen, also dem Dissoziationsgrad des Salzes, sowie von der Beweglichkeit dieser Ionen ab. Eine höhere Konzentration an Li-Salz verbessert die Leitfähigkeit durch Erhöhung der Ionenkonzentration allerdings nur, wenn das Salz dann auch dissoziiert vorliegt. Diese Verbesserung der Leitfähigkeit ist allerdings nur bis zu einem gewissen Maß möglich, da bei höheren Salzkonzentrationen vermehrt Assoziate aus mehreren Lithiumionen auftreten, so dass die Anzahl der Ionen und damit die der Ladungsträger nicht mehr weiter steigt. Zudem stellen die Lithiumsalze einen der teuersten Bestandteile solcher Polymerelektrolyte dar, so dass angestrebt wird, sie in möglichst geringen Konzentrationen einzusetzen.

Es besteht daher erhebliches Interesse an neuen Polymerelektrolyten für LithiumIonenbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Metall-Polymerbatterien, die aus einem festen Polymer bestehen, keine flüssigen Bestandteile enthalten und dennoch bei Raumtemperatur hohe Li-Ionenleitfähigkeiten (> 10^–4 S/cm) bei einem möglichst geringen Gehalt an Li-Salz aufweisen.

Zur Verbesserung der Li-Ionenleitfähigkeit werden im Stande der Technik im wesentlichen zwei Ansätze verfolgt. Dies ist einerseits die Erhöhung der Ladungsträgerzahl durch Maßnahmen, die eine vollständige Dissoziation des Li-Salzes sicherstellen, und andererseits Maßnahmen, die die Beweglichkeit der Li-Ionen erhöhen.

Die Dissoziation der Salze wird erreicht, indem beispielsweise polare Polymere eingesetzt werden, die Gruppen enthalten, welche Li-Ionen solvatisieren können, so dass die Dissoziation begünstigt wird. Alternativ können auch unpolare Polymere eingesetzt werden, wobei dann polare Additive zugefügt werden, die die Aufgabe der Solvatisierung der Li-Ionen übernehmen.

Die Beweglichkeit der Li-Ionen wird erhöht, indem Weichmacher eingesetzt werden, die die Glasübergangstemperatur der Polymere absenken, wodurch die Beweglichkeit der Polymerketten und damit auch die der Li-Ionen erhöht wird. Dies kann soweit gehen, dass das Polymer nur noch eine Minderkomponente im Polymerelektrolyten darstellt (sog. Gelelektrolyte). Alternativ können auch niedrigschmelzende Salze in Verbindung mit einem Polymer zur Sicherstellung eines Mindestmaßes an mechanischen Eigenschaften und zur Formstabilität als Polymerelektrolyt eingesetzt werden.

Diese Maßnahmen sind jedoch nicht gut geeignet, um hohe Leitfähigkeiten in einem festen Elektrolyten zu erzielen. Der Begriff „fester Elektrolyt" soll hier einen Elektrolyten bezeichnen, der bei Raumtemperatur fest ist, also dessen Erweichungstemperatur (Glasübergangstemperatur und Schmelztemperatur) oberhalb von 25°C liegt.

Der Hauptnachteil des Einsatzes von Polymeren oder Additiven, die die Li-Ionen solvatisieren können, liegt darin, dass durch die Wechselwirkungen zwischen den Li-Ionen und diesen Polymeren oder Additiven zwar die Salzdissoziation unterstützt und die Li-Ionen freigesetzt werden, gleichzeitig aber die Li-Ionen gewissermaßen festgehalten werden, wodurch ihre Beweglichkeit sinkt. Daher wird zwar die Ladungsträgerzahl erhöht, die Leitfähigkeit aber nur in relativ geringem Maß erhöht, da die Li-Ionen weniger beweglich sind. Der Ansatz, diese Beweglichkeit durch Zugabe von Weichmachern oder Lösungsmitteln zu erhöhen, führt wiederum vom Ziel weg, einen festen Elektrolyten ohne Gehalt an Flüssigkeiten herzustellen.

Ein weiteres Problem der Li-Ionenbatterien-, Li-Polymerbatterien- und Li-Metall-Polymerbatterien nach dem Stand der Technik ist die Gefahr der Abscheidung von Lithium an der Anode beim Ladevorgang in Form von Dendriten, was zu einer reduzierten Lebensdauer (Zahl der Lade- und Entladezyklen) führen kann. Polymerelektrolyte und Gelelektrolyte mit Weichmachern oder Lösungsmitteln nach dem Stand der Technik weisen Glasübergangstemperaturen unterhalb von Raumtemperatur auf, sind also bei der Betriebstemperatur der Batterien weich, so dass sie die Dendritenbildung nicht verhindern können. Feste Polymerelektrolyte mit Erweichungstemperaturen oberhalb der Betriebstemperatur dagegen können aufgrund ihrer Steifigkeit der Dendritenbildung entgegenwirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, feste Polymerelektrolyte ohne Flüssigkomponente, also ohne Weichmacher und Lösungsmittel, mit hohen Ionenleitfähigkeiten bei Raumtemperatur zur Verfügung zu stellen, die darüber hinaus auch der Dendritenbildung entgegenwirken. Darüber hinaus sollen diese Polymerelektrolyte in elektrochemischen Vorrichtungen, wie Batterien und Akkumulatoren, insbesondere in Lithium-Metallpolymerbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Ionenbatterien, verwendet werden können und eine Glasübergangstemperatur oberhalb von Raumtemperatur aufweisen. Durch die Verwendung dieser Polymerelektrolyte sollen die damit hergestellten elektrochemischen Vorrichtungen stabiler und sicherer werden.

Bei der Erprobung von Polymerverbindungen für Polymerelektrolyte wurde nun gefunden, dass die Erhöhung der Leitfähigkeit des Polymerelektrolyten auch dadurch bewirkt werden kann, dass die Dissoziation des Li-Salzes nicht in herkömmlicher Weise durch Wechselwirkung des Polymers mit den Li-Ionen, sondern durch Wechselwirkung des Polymers mit den Gegenionen (Anionen) des Li-Salzes begünstigt werden kann. Dieser grundlegende, neue Ansatz ermöglicht nicht nur die Dissoziation des Salzes, sondern bewirkt gleichzeitig auch eine Verbesserung der Beweglichkeit der Li-Ionen gegenüber den konventionellen Polymerelektrolyten, weil dadurch im Gegensatz zu konventionellen Polymerelektrolyten die Li-Ionen tatsächlich aus dem Salz freigesetzt werden, während das Anion durch Wechselwirkung mit dem Polymer nur eine reduzierte Beweglichkeit aufweist. Bei konventionellen Polymerelektrolyten wird das Li-Ion dagegen durch die Wechselwirkung mit polaren Polymeren oder Additiven (meist mit Ether-, Ester- oder Carbonatgruppen) in seiner Beweglichkeit behindert, während das Anion freigesetzt wird. Die Wechselwirkung des Polymers mit den Anionen des Li-Salzes kann dabei durch Anbringung von positiven Ladungen durch entsprechende funktionelle Gruppen in oder an einer Polymerkette erreicht werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird daher durch den Polymerelektrolyten nach einem der Ansprüche 1 bis 17, die Verwendung des Polymerelektrolyten nach einem der Ansprüche 18 bis 20, die elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23 und das Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch einen Polymerelektrolyten gelöst, der eine Lithiumsalzkomponente und eine Polymerkomponente umfasst, wobei die Polymerkomponente mindestens eine Polymerverbindung umfasst, deren Wiederholungseinheiten zumindest teilweise Gruppen aufweisen, die mit den Anionen der Lithiumsalzkomponente so wechselwirken, dass die Dissozation des Lithiumsalzes gefördert wird, wobei diese Gruppen Bestandteil der Polymerhauptkette und/oder Bestandteil von an der Polymerhauptkette angefügten Seitenketten der Polymerverbindung sind.

Vorzugsweise sind die Gruppen, die die Dissoziation des Lithiumsalzes fördern, kationische Gruppen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Polymerelektrolyt eine Lithiumsalzkomponente und eine Polymerkomponente, wobei die Polymerkomponente mindestens eine Polymerverbindung umfasst, deren Wiederholungseinheiten zumindest teilweise kationische Gruppen aufweisen, wobei die kationischen Gruppen Bestandteil der Polymerhauptkette und/oder Bestandteil von an der Polymerhauptkette angefügten Seitenketten der Polymerverbindung sind.

Die in der Polymerkomponente verwendeten Polymere können Homopolymere oder statistische, alternierende Copolymere, Block- oder Pfropf-Copolymere sein, die kationischen Gruppen können als Substituenten direkt oder über eine Brückengruppe an die Polymerhauptkette oder auch an Seitenketten (z.B. in Pfropfcopolymeren) angebunden sein, oder aber auch Bestandteil der Hauptkette oder von Pfropfästen sein.

Zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Polymerelektrolyten geeignete Polymerverbindungen sowie deren Synthese sind im Stand der Technik bekannt und sind beispielsweise in E. A. Bekturov, Z. Kh. Bakauova: „Synthetic Water-Soluble Polymers in Solution", Huethig&Wepf, Basel 1986; M. Tricot, F. Debeauvais, C. Houssier, Eur. Polym. J. 11, 589 (1975), Y. Chang et al., Macromolecules 27, 2145 (1994) und US 2,487,829 beschrieben.

Der Einsatz von Oligomeren und Polymeren mit kationischen Endgruppen als Additive in Polymerelektrolyten für Li-Batterien ist zwar in US 6,803,152 beschrieben, jedoch enthalten die dort beschriebenen Polymere Ethergruppen, so dass die resultierenden Elektrolyte hohe Leitfähigkeiten nur durch Zusatz eines Weichmachers bzw. Lösungsmittels (Propylencarbonat) erreichen. Damit kann das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden.

Die erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte erreichen überraschenderweise ihre hohen Leitfähigkeitswerte auch in Abwesenheit von Weichmachern, Lösungsmitteln und ähnlichen Additiven selbst dann, wenn sie so aufgebaut sind, dass sie Glasübergangstemperaturen weit über Raumtemperatur (bis über 100°C) aufweisen. Dies kann die unerwünschte Abscheidung von Li-Metall in Dendritenform beim Wiederaufladen der Batterie vermindern.

Damit ergeben sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte für Li-Ionenbatterien, Li-Polymerbatterien und Li-Metall-Polymerbatterien drei mögliche, technisch und wirtschaftlich bedeutsame Vorteile:

(i) die höhere Leitfähigkeit des Polymerelektrolyten ermöglicht höhere Entladeströme;
(ii) die höhere Leitfähigkeit bei Raumtemperatur ermöglicht tiefere Betriebstemperaturen, woraus sich eine Reduktion der Komplexität des Systems sowie ein breiterer Einsatzbereich ergibt, da je nach Anwendung keine Heizung erforderlich ist; und
(iii) die hohe mögliche Glasübergangstemperatur vermindert die Bildung von Dendriten beim Wiederaufladen der Batterie, wodurch die Lebensdauer (mögliche Zahl von Entlade-Lade-Zyklen) erhöht wird.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Polymere geeignet, die Gruppen mit positiven Ladungen in den Wiederholungseinheiten aufweisen, wie beispielsweise Polymere mit Ammoniumgruppen, Phosphoniumgruppen, Sulfoniumgruppen oder Iodoniumgruppen. Besonders geeignet sind Polymere mit Ammoniumgruppen. Die kationischen Gruppen können Bestandteil der Polymerhauptkette oder von Seitenketten sein. Sie können in jeder Wiederholungseinheit enthalten sein oder auch in geringeren Anteilen, wie z.B. in Copolymeren, die Wiederholungseinheiten mit kationischen Gruppen und solche ohne kationische Gruppen enthalten.

Die Polymerhauptketten können Polymerisate wie Polystyrol, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyolefine, Polyvinylverbindungen, Polyether wie Polyepichlorhydrin, Poly(tetrahydrofuran), Polydiene und dergleichen, Polykondensate wie Polyester, Polyamide, Polyimide, Poly(aryletherketon)e, Poly(arylethersulfon)e, Poly(arylenoxid)e, Polyarylene, Polycarbonate, Polyanhydride, Polyurethane, Polyharnstoffe und dergleichen, binäre, ternäre, quaternäre und höhere Copolymere derartiger Polymere, Blends aus mindestens zwei dieser Polymere, verzweigte, hyperverzweigte oder vernetzte Polymere mit derartigen Wiederholungseinheiten sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können auch mikrophasenseparierte Materialien aus derartigen Polymeren als Polymerkomponente verwendete werden, wobei die kationischen Gruppen in mindestens einer der separierten Mikrophasen vorhanden sein müssen. Als mikrophasenseparierte Materialien sollen hierin kompatibilisierte Blends sowie Block- und Pfropfcopolymere aus mindestens zwei der voranstehend aufgeführten Polymere verstanden werden.

Das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung der erfindungsgemäß verwendeten Polymerverbindungen werden so gewählt, dass der Glasübergangspunkt bzw. Glasübergangsbereich des resultierenden Polymerelektrolyten oberhalb von Raumtemperatur liegt. Die dafür erforderlichen Molekulargewichte und Molekulargewichtsverteilungen können vom Fachmann leicht bestimmt werden.

Als kationische Gruppen können lineare, cyclische und verzweigte aliphatische, aromatische und aromatisch-aliphatische Ammoniumgruppen, Hydraziniumgruppen, Phosphoniumgruppen, Sulfoniumgruppen, Iodoniumgruppen und positiv geladene Metallkomplexe und dergleichen verwendet werden, wobei lineare, cyclische oder verzweigte aliphatische, aromatisch-aliphatische oder aromatische Ammoniumgrup pen oder analog aufgebaute Phosphoniumgruppen bevorzugt sind. Derartige Ammoniumgruppen sind besonders bevorzugt sind.

Weiter bevorzugte kationische Gruppen sind aus den Folgenden ausgewählt:

worin
R¹, R³, R⁴, R⁵ unabhängig voneinander gegebenenfalls substituierte Alkyl-, verzweigte Alkyl-, Cycloalkyl-, Vinyl-, Allyl-, Benzyl-, Aryl-, Heteroaryl- oder Alkarylgruppen sind,
R² eine Einfachbindung oder eine gegebenenfalls substituierte difunktionelle Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- oder Alkarylgruppe, die des Weiteren gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige Gruppen enthalten kann, beispielsweise Ester-, Ether-, Amid-, Harnstoff-, Urethan-, Carbonat-, Anhydrid- und Imidgruppen und dergleichen, und
Het ein stickstoffhaltiger, gegebenenfalls substituierter aromatischer oder nichtaromatischer Heterocyclus mit einem oder mehreren Stickstoffatomen ist. Darüber hinaus enthält der Heterocyclus vorzugsweise 2 bis 15 Kohlenstoffatome. Als Beispiele für den Heterocyclus können Pyridin, Pyrazin, Pyrazol, Triazol, Pyrrol, Oxazolin, Pyrrolidin, Naphthyridin, Chinolin, Chinoxalin, Isochinolin, Phenanthrolin und dergleichen angeführt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bevorzugt, beispielsweise Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl, n-Butyl-, 2-Butyl-, tert.Butyl-, n-Pentyl-, n-Hexyl-, n-Decyl-, n-Undecyl- und n-Dodecylgruppen. Cycloalkylgruppen enthalten vorzugsweise 3 bis 20 Kohlenstoffatome und können beispielsweise Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl-, Cyclooctyl-, Cyclononyl- und Cyclodecyl sein. Ebenso können bi- und tricyclische Gruppen verwendet werden. Weiterhin bevorzugt sind Arylgruppen mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Phenyl-, Naphthyl- und Anthracenylgruppen. In den Alkarylgruppen ist mindestens ein Wasserstoffatom einer Alkylgruppe durch eine Arylgruppe ersetzt.

Als Beispiel für Alkarylgruppen können Ethylphenyl-, Propylphenyl- und Ethylnaphthylgruppen angeführt werden. Heteroarylgruppen enthalten vorzugsweise 2 bis 15 Kohlenstoffatome und ein oder mehr Heteroatome, unabhängig ausgewählt aus O, N und S. Als Beispiele können Furanyl-, Pyrazolyl-, Pyrazinyl-, Pyrazolyl-, Pyrrolyl-, Thienyl-, Triazolyl-, Pyridinyl-, Pyrimidyl-, Oxazolinyl-, Chinolinyl- und Isochinolinylgruppen und ähnlich genannt werden. Sämtliche Gruppen können unsubstituiert vorliegen oder einen oder mehr Substituenten aufweisen, die unabhängig aus der Gruppe, umfassend Halogenatome (F, Cl, Br, I), Alkyl-, Halogenalkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Nitro-, Cyano-, Hydroxyl,- Thiol-, Sulfonsäure-, Carbonsäure-, Amino-, Alkylamino-, Dialkylamino und dergleichen, ausgewählt sind.

Weiterhin können die Polymere auch kationische Gruppen in der Hauptkette aufweisen, wie z.B. bei Ionenen. In diesem Fall können die kationischen Gruppen aus den Folgenden ausgewählt sein:

worin
R⁴ und R⁵ gleich oder verschieden voneinander sein können und wie oben definiert sind und
R⁶ und R⁷ gleich oder verschieden voneinander sein können und gegebenenfalls substituierte divalente lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkaryl- oder Arylgruppen, Allyl-, Vinyl- oder Benzylgruppen sind, die des Weiteren gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige Gruppen enthalten können, beispielsweise Ester-, Ether-, Amid-, Harnstoff-, Urethan-, Carbonat-, Anhydrid- und Imidgruppen und dergleichen.

Die kationischen Gruppen können in jeder Wiederholungseinheit enthalten sein oder auch nur in geringeren Anteilen der Wiederholungseinheiten vorliegen. Bevorzugt sind kationische Gruppen in einem Anteil von 5-80% der Wiederholungseinheiten, bevorzugt 15-60% der Wiederholungseinheiten enthalten.

Bevorzugte Polymere sind Poly(2-vinylpyridin), Poly(4-vinylpyridin), Poly(2-aminoethyl)acrylat und Poly(2-aminoethyl)methacrylat, die mit linearen, verzweigten oder cyclischen Alkyl-, Allyl-, Vinyl- oder Benzylgruppen quaternisiert sind, wobei der Quaternisierungsgrad 5-80%, bevorzugt 15-60% beträgt.

Die Kompensation der Ladungen der kationischen Gruppen in dem Polymer wird durch Anionen gewährleistet. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Halogenidionen sowie wenig nucleophile und nicht-nucleophile Anionen verwendet. Beispiele derartiger Anionen umfassen F^–, Cl^–, Br^–, I^–, BF₄ ^–, PF₆ ^–, AsF₆ ^–, ClO₄ ^–, CF₃SO₃ ^–, (CF₃SO₂)₃C^– und (CF₃SO₂)₂N^– und dergleichen, wobei CF₃SO₃ ^– und (CF₃SO₂)₂N^– bevorzugt sind. Ein besonders bevorzugtes Anion ist CF₃SO₃ ^–.

Die in dem erfindungsgemäßen Polymerelektrolyten enthaltene Lithiumsalzkomponente ist ein Lithiumsalz oder ein Gemisch aus mehreren Lithiumsalzen. Als Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Lithiumsalze können LiBF₄, LiPF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)₃C, Li(CF₃SO₂)₂N und dergleichen angeführt werden, wobei Li(CF₃SO₂)₂N bevorzugt ist.

Die Lithiumsalzkomponente wird dem Polymer zum Erhalt des erfindungsgemäßen Polymerelektrolyten in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 bis 10 Gew.-% und bevorzugter 4 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymeren als 100 Gew.-%, zugegeben. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird die Lithiumsalzkomponente in einer Menge von etwa 5 Gew.-% zugesetzt.

Polymerelektrolyte, die aus derartigen kationischen Polymeren mit Li⁺(CF₃SO₂)₂N^– (LiTFSI, Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid) bestehen, weisen bei Raumtemperatur Leitfähigkeiten von mehr als 10^–4 S/cm auf, ohne dass der Zusatz eines Weichmachers, eines Lösungsmittels oder eines sonstigen Additivs erforderlich ist.

Des Weiteren können die erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte ein oder mehrere funktionelle Additive enthalten. Derartige funktionelle Additive können verschiedene Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte positiv beeinflussen. Beispielsweise können funktionelle Additive zur Verbesserung der Haftung an den Elektroden, zur Ausbildung einer Passivierungsschicht, zur Verbesserung dieser Ausbildung, zur Flammhemmung, zur Verbesserung der Abscheidung von Li-Metall an den Elektroden, zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte und/oder zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von erfindungsgemäßen Polymerelektrolyten dienen.

Unter einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte zur Herstellung einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere einer Batterie oder eines Akkumulators, und bevorzugt einer Lithium-Metall-Polymerbatterie, einer Lithium-Polymerbatterie oder einer Lithium-Ionenbatterie verwendet werden.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung elektrochemische Vorrichtungen, insbesondere Batterien und Akkumulatoren, und bevorzugt Lithium-Metall-Polymerbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Ionenbatterien zur Verfügung, die die erfindungsgemäßen Polymerelektrolyte umfassen.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erhöhung der Leitfähigkeit von Polymerelektrolyten.

Die Begünstigung der Dissoziation der Li-Salze ist nämlich nicht auf die Nutzung ionischer Wechselwirkungen zwischen in der Polymerkomponente enthaltenen kationischen Gruppen und in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen beschränkt. Vielmehr kann die Dissoziation der in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Salze erfindungsgemäß auch durch andere stabilisierende Wechselwirkungen der Poly merkomponente mit den in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen gefördert und die Ionenleitfähigkeit von Polymerelektrolyten auf diese Weise erhöht werden. Dabei sind insbesondere hydrophobe Wechselwirkungen der Polymerkomponente mit den räumlich anspruchsvollen Anionen der Lithiumsalzkomponente, Ladung-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den negativen Ladungen der Anionen der Lithiumsalze und polaren Gruppen in den verwendeten Polymeren, supramolekulare Wechselwirkungen zwischen den Anionen und den Polymeren oder auch eine Komplexierung des Anions durch in den Polymeren vorhandene Gruppen und ähnliche Wechselwirkungen denkbar.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele weiter erläutert. Die aufgeführten Beispiele dienen dabei zur Veranschaulichung der Erfindung und sollen nicht als einschränkend aufgefasst werden. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann leicht zu erkennen. Soweit nichts anderes angegeben ist, beziehen sich Prozentangaben auf die Stoffmenge (Mol-%).
In den Beispielen wurden als Ausgangspolymere für die Quaternisierung kommerziell erhältliche Polymere (Poly(4-vinylpyridin) von Sigma Aldrich (Handelsname Reilline) und Poly(2-dimethyl(aminoethyl)methacrylat von Polysciences Europe) verwendet.
Beispiel 1
Herstellung von Poly-(4-vinylpyridin)-co-(4-vinyl-N-methylpyridinium trifluormethansulfonat)
In einen 1000 ml Zweihalskolben, ausgestattet mit einem Blattrührer und einem Tropftrichter, werden 43,7 g Poly(4-vinylpyridin) (0,416 mol bezogen auf monomeres 4-Vinylpyridin) und 350 ml wasserfreies Dimethylformamid gegeben. In die erhaltene Lösung wird bei Raumtemperatur 75,0 g Trifluormethansulfonsäuremethylester (0,457 mol) innerhalb von 45 min zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 16 h bei Raumtemperatur gerührt und anschließend in 3 l Dichlormethan eingetragen, wobei das Polymer als Feststoff ausfällt.
Die abgetrennten Polymerflocken werden in eine Soxhlet-Apparatur überführt und mindestens 48 h mit Diethylether extrahiert. Anschließend wird das Polymer bei einer Temperatur von 100°C und einem Druck von 10^–2 bis 10^–3 mbar bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Man erhält 78 g eines Copolymeren, dessen Wiederholungseinheiten zu etwa 55 Mol-% aus Poly-(4-vinyl-N-methylpyridinium trifluormethansulfonat) bestehen.
Das erhaltene Copolymer zeigt einen Glasübergangsbereich von 150 bis 160°C. Ein Zusatz von 5 Gewichtsprozent Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid senkt den Glasübergangsbereich auf 130 bis 140°C.
Ein Film aus einer Mischung dieses Polymers mit LiTFSI (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 30 : 1) zeigt bei Raumtemperatur eine Ionenleitfähigkeit von 1·10^–4 S/cm.
Beispiel 2
Herstellung von Poly-(4-vinylpyridin)-co-(4-vinyl-N-undecylpyridinium trifluormethansulfonat)
In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wird eine Lösung aus 80,6 g Poly(4-vinylpyridin) (0,762 mol bezogen auf monomeres 4-Vinylpyridin) und 300 ml wasserfreiem Dimethylformamid zubereitet. Bei Raumtemperatur werden 96,4 g Trifluormethansulfonsäureundecylester (0,32 mol) innerhalb von etwa 1 Stunde zugetropft. Die Reaktionsmischung wird weitere 48 Stunden gerührt und anschließend in 5 l Diethylether eingetragen, wobei das Polymer als Feststoff ausfällt. Die weitere Behandlung des Materials erfolgt analog zu der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise. Man erhält 114 g eines Copolymeren, dessen Wiederholungseinheiten zu etwa 30 Mol-% aus Poly-(4-vinyl-N-undecylpyridinium trifluormethansulfonat) bestehen.
Das Copolymer zeigt einen Glasübergangsbereich von 90 bis 110°C. Bei einem Zusatz von 5 Gewichtsprozent Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid beträgt der Glasübergangsbereich etwa 90 bis 100°C.
Ein Film aus einer Mischung dieses Polymers mit LiTFSI (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 30 : 1) zeigt bei Raumtemperatur eine Ionenleitfähigkeit von 3.5·10^–4 S/cm.
Beispiel 3
Herstellung von Poly-(2-Dimethylaminoethylmethacrylat)-co-(2-Trimethylammoniumethylmethacrylat trifluormethansulfonat)
In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wird eine Lösung aus 81,0 g Poly(2-Dimethylaminoethylmethacrylat) (0,515 mol bezogen auf monomeres 2-Dimethylaminoethylmethacrylat) und 200 ml wasserfreiem Dimethylformamid zubereitet. Bei Raumtemperatur werden 92,9 g Trifluormethansulfonsäuremethylester (0,566 mol) innerhalb von etwa 3 Stunden zugetropft. Die Reaktionsmischung wird weitere 48 Stunden gerührt und anschließend in 7 l Dichlormethan eingetragen, wobei das Polymer als Feststoff ausfällt. Die weitere Behandlung des Materials erfolgt analog zu der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise. Man erhält 141 g eines Copolymeren dessen Wiederholungseinheiten zu etwa 80 mol % aus Poly-(2-Trimethylammoniummethylmethacrylat trifluormethansulfonat) bestehen.
Das Copolymer zeigt einen Glasübergangsbereich von 150 bis 160°C. Ein Zusatz von 5 Gewichtsprozent Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid senkt den Glasübergangsbereich auf 135 bis 145°C.
Ein Film aus einer Mischung dieses Polymers mit LiTFSI (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 30 : 1) zeigt bei Raumtemperatur einen Ionenleitfähigkeit von 1.5·10^–4 S/cm.
Beispiel 4
Herstellung von Poly-(2-Dimethylaminoethylmethacrylat)-co-(2-Dimethylundecylammoniumethylmethacrylat trifluormethansulfonat)
In der im Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wird eine Lösung aus 178,8 g Poly(2-Dimethylaminoethylmethacrylat) (1,13 mol bezogen auf monomeres 2-Dimethylaminoethylmethacrylat) und 400 ml wasserfreiem Dimethylformamid zubereitet. Bei Raumtemperatur werden 96,0 g Trifluormethansulfonsäureundecylester (0,315 mol) innerhalb von etwa 3 Stunden zugetropft. Die Reaktionsmischung wird weitere 48 Stunden gerührt und anschließend in 8 l Diethylether eingetragen, wobei das Polymer als Feststoff ausfällt. Die weitere Behandlung des Materials erfolgt analog zu der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise. Man erhält 193 g eines Copolymeren, dessen Wiederholungseinheiten zu etwa 32 Mol-% aus Poly-(2-Dimethylundecylammoniummethylmethacrylat trifluormethansulfonat) bestehen.
Das Copolymer zeigt einen Glasübergangsbereich von 65 bis 80°C. Ein Zusatz von 5 Gewichtsprozent Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid senkt den Glasübergangsbereich auf 55 bis 65°C.
Ein Film aus einer Mischung dieses Polymers mit LiTFSI (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 30 : 1) zeigt bei Raumtemperatur einen Ionenleitfähigkeit von 5.5·10^–4 S/cm.
Vergleichsbeispiel 1
Verwendung von Poly(ethylenoxid) in einem Polymerelektrolyten
Ein Film aus einer Mischung von Poly(ethylenoxid) mit LiClO₄ (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 8 : 1) zeigt bei 20°C eine Ionenleitfähigkeit von 10^–8 S/cm.
Vergleichsbeispiel 2
Verwendung von Poly(ethylenoxid) mit Propylencarbonat als Weichmacher in einem Polymerelektrolyten
Ein Film aus einer Mischung von Poly(ethylenoxid) nach Vernetzung mit 50 Gew.-% Propylencarbonat als Weichmacher mit LiClO₄ (Molverhältnis Wiederholungseinheiten: Li = 8 : 1) zeigt bei 20°C eine Ionenleitfähigkeit von 8·10^–4 S/cm.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen deutlich, dass die Polymerelektrolyte gemäß der vorliegenden Erfindung Ionenleitfähigkeiten besitzen, die von herkömmlichen Systemen auf Basis von Poly(ethylenoxid) erst durch Zusatz von Weichmachern und unter Verwendung einer erheblich größeren Menge an Li-Salz erzielt werden können.

Claims

Polymerelektrolyt, umfassend eine Lithiumsalzkomponente und eine Polymerkomponente, wobei die Polymerkomponente mindestens eine Polymerverbindung umfasst, deren Wiederholungseinheiten zumindest teilweise Gruppen aufweisen, die mit den Anionen der Lithiumsalzkomponente so wechselwirken, dass die Dissozation des Lithiumsalzes gefördert wird, wobei diese Gruppen Bestandteil der Polymerhauptkette und/oder Bestandteil von an der Polymerhauptkette angefügten Seitenketten der Polymerverbindung sind.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 1, wobei die Gruppen, die die Dissoziation des Lithiumsalzes fördern, kationische Gruppen sind.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Polymerhauptkette ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Polystyrole, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyolefine, Polyvinylverbindungen, Polyether, Polyepichlorhydrin, Poly(tetrahydrofuran), Polydiene, Polyester, Polyamide, Polyimide, Poly(aryletherketon)e, Poly(arylethersulfon)e, Poly(arylenoxid)e, Polyarylene, Polycarbonate, Polyanhydride, Polyurethane, Polyharnstoffe, binäre, ternäre, quaternäre und höhere, statistische und alternierende Copolymere, Block- und Pfropfcopolymere auf Basis dieser Polymere, Blends aus mindestens zwei dieser Polymere sowie verzweigte, hyperverzweigte und vernetzte Polymere auf Basis derartiger Polymere.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Polymerkomponente ein mikrophasensepariertes Material ist, umfassend mindestens eine Polymerverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Polystyrole, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyolefine, Polyvinylverbindungen, Polyether, Polyepichlorhydrin, Poly(tetrahydrofuran), Polydiene, Polyester, Polyamide, Polyimide, Poly(aryletherketon)e, Poly(arylethersulfon)e, Poly(arylenoxid)e, Polyarylene, Polycarbonate, Polyanhydride, Polyurethane, Polyharnstoffe, binäre, ternäre, quaternäre und höhere, statistische und alternierende Copolymere, Block- und Pfropfcopolymere auf Basis dieser Polymere, Blends aus mindestens zwei dieser Polymere sowie verzweigte, hyperverzweigte und vernetzte Polymere auf Basis derartiger Polymere, wobei die kationischen Gruppen in mindestens einer der separierten Mikrophasen vorliegen.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die kationischen Gruppen ausgewählt sind aus der Gruppe, umfassend lineare, cyclische und verzweigte aliphatische, aromatische und aromatischaliphatische Ammoniumgruppen, Hydraziniumgruppen, Phosphoniumgruppen, Sulfoniumgruppen, Iodoniumgruppen sowie positiv geladene Metallkomplexe.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 5, wobei die kationischen Gruppen lineare, cyclische oder verzweigte aliphatische, aromatisch-aliphatische oder aromatische Ammoniumgruppen sind.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 6, wobei die kationischen Gruppen in Seitenketten des Polymers vorliegen und aus den Folgenden ausgewählt sind:
worin R¹, R³, R⁴, R⁵ unabhängig voneinander gegebenenfalls substituierte Alkyl-, verzweigte Alkyl-, Cycloalkyl-, Vinyl-, Allyl-, Benzyl-, Aryl-, Heteroaryl- oder Alkarylgruppen sind, R² eine Einfachbindung oder eine gegebenenfalls substituierte difunktionelle Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- oder Alkarylgruppe ist, die des Weiteren gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige Gruppen enthalten kann, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Ester-, Ether-, Amid-, Harnstoff-, Urethan-, Carbonat-, Anhydrid- und Imidgruppen, und Het ein stickstoffhaltiger, gegebenenfalls substituierter aromatischer oder nichtaromatischer Heterocyclus mit einem oder mehreren Stickstoffatomen ist, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Pyridin, Pyrazin, Pyrazol, Triazol, Pyrrol, Oxazolin, Pyrrolidin, Naphthyridin, Chinolin, Chinoxalin, Isochinolin und Phenanthrolin.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Polymerverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Poly(2-vinylpyridin), Poly(4-vinylpyridin), Poly(2-aminoethyl)acrylat und Poly(2-aminoethyl)methacrylat, und die in der Polymerverbindung enthaltenen Stickstoffatome mit linearen, verzweigten oder cyclischen Alkyl-, Allyl-, Vinyl- oder Benzylgruppen teilweise quaternisiert sind, wobei der Quaternisierungsgrad 5-80% beträgt.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 8, wobei der Quaternisierungsgrad 15-60% beträgt.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 6, wobei die kationischen Gruppen in der Polymerhauptkette vorliegen und aus den Folgenden ausgewählt sind:
worin R⁴ und R⁵ gleich oder verschieden voneinander sein können und wie in Anspruch 6 definiert sind und R⁶ und R⁷ gleich oder verschieden voneinander sein können und gegebenenfalls substituierte divalente lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkaryl- oder Arylgruppen, Allyl-, Vinyl- oder Benzylgruppen sind, die des Weiteren gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige Gruppen enthalten können, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Ester-, Ether-, Amid-, Harnstoff-, Urethan-, Carbonat-, Anhydrid- und Imidgruppen.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die positiven Ladungen der kationischen Gruppen durch Anionen, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend F^–, Cl^–, Br^–, I^–, BF₄ ^–, PF₆ ^–, AsF₆ ^–, ClO₄ ^–, CF₃SO₃ ^–, (CF₃SO₂)₃C^– und (CF₃SO₂)₂N^–, kompensiert werden.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 11, wobei die positiven Ladungen der kationischen Gruppen durch CF₃SO₃ ^–-Anionen kompensiert werden.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Lithiumsalzkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend LiBF₄, LiPF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)₃C, Li(CF₃SO₂)₂N und Gemische aus mindestens zwei davon.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Polymerelektrolyt eine Glasübergangstemperatur oberhalb von Raumtemperatur aufweist.
Polymerelektrolyt nach Anspruch 14, wobei die Glasübergangstemperatur des Polymerelektrolyten im Bereich von 50°C bis 150°C liegt.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Polymerelektrolyt eine elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von mindestens 10^–4 S/cm ohne den Zusatz eines Weichmachers oder Lösungsmittels aufweist.
Polymerelektrolyt nach einem der voranstehenden Ansprüche, der des Weiteren funktionelle Additive zur Verbesserung der Haftung an den Elektroden, zur Ausbildung einer Passivierungsschicht, zur Verbesserung dieser Ausbildung, zur Flammhemmung, zur Verbesserung der Abscheidung von Li-Metall an den Elektroden, zur Verbesserung seiner Verarbeitbarkeit und/oder zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften umfasst.
Verwendung eines Polymerelektrolyten nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung einer elektrochemischen Vorrichtung.
Verwendung eines Polymerelektrolyten nach Anspruch 18, wobei die elektrochemische Vorrichtung eine Batterie oder ein Akkumulator ist.
Verwendung eines Polymerelektrolyten nach Anspruch 19, wobei die elektrochemische Vorrichtung eine Lithium-Ionenbatterie, eine Lithium-Polymerbatterie oder eine Lithium-Metall-Polymerbatterie ist.
Elektrochemische Vorrichtung, umfassend einen Polymerelektrolyten nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die elektrochemische Vorrichtung eine Batterie oder ein Akkumulator ist.
Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die elektrochemische Vorrichtung eine Lithium-Ionenbatterie, eine Lithium-Polymerbatterie oder eine Lithium-Metall-Polymerbatterie ist.
Verfahren zur Erhöhung der Ionenleitfähigkeit eines Polymerelektrolyten, umfassend eine Lithiumsalzkomponente und eine Polymerkomponente, wobei die Ionenleitfähigkeitserhöhung durch stabilisierende Wechselwirkung der Polymerkomponente mit den in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die stabilisierende Wechselwirkung eine ionische Wechselwirkung zwischen in der Polymerkomponente enthaltenen kationischen Gruppen und den in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die stabilisierende Wechselwirkung eine hydrophobe Wechselwirkung, eine Ladung-Dipol-Wechselwirkung, eine supramolekulare Wechselwirkung oder eine Komplexbildung zwischen der Polymerkomponente und den in der Lithiumsalzkomponente enthaltenen Anionen ist.