RU2614040C1 - Гельполимерный электролит для литиевых источников тока - Google Patents
Гельполимерный электролит для литиевых источников тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614040C1 RU2614040C1 RU2016104282A RU2016104282A RU2614040C1 RU 2614040 C1 RU2614040 C1 RU 2614040C1 RU 2016104282 A RU2016104282 A RU 2016104282A RU 2016104282 A RU2016104282 A RU 2016104282A RU 2614040 C1 RU2614040 C1 RU 2614040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer electrolyte
- gel polymer
- current sources
- lithium
- gel
- Prior art date
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XYJQBHCHAZPWHA-UHFFFAOYSA-N CC(C)C([CH2-])=O Chemical compound CC(C)C([CH2-])=O XYJQBHCHAZPWHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- QODXLMMIPIODOV-UHFFFAOYSA-H [Li+].[Li+].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Li+].[Li+].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QODXLMMIPIODOV-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 150000003983 crown ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/56—Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к гельполимерному электролиту, который может быть использован при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническим результатом изобретения является увеличение гомогенности электролита и повышение в нем коэффициента диффузии лития. Кроме того, предложенный гельполимерный электролит обеспечивает повышение удельной электрической проводимости, а также высокую химическую и электрохимическую стабильность. Указанный результат достигается за счет использования в качестве полимерной матрицы аморфного перфторполиэфира. 1 табл.
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Гельполимерный электролит состоит из полимерной матрицы и пластификатора, включающего в себя апротонный диполярный растворитель и соль лития.
Известны гельполимерные электролиты, используемые в литиевых источниках тока, состоящие из смеси полимеров с растворителем и перхлоратом натрия, причем в качестве полимеров используются смеси полиэфиров и краун-эфиров, полиэтиленгликольакрилата и винилиденфторида. Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале 10-3-5⋅10-3 См/см при 20°С. Недостатком их является наличие несвязанного полимером растворителя, который пассивирует литиевые электроды в процессе работы, в результате чего работоспособность источника тока резко снижается [1, 2].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гельполимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе полисульфона, неорганическую ионогенную соль лития и органический растворитель, в качестве которого используют смесь пропиленкарбоната с тетрагидрофураном, взятых в соотношении (об. %) 1:1-1:4, при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:
полисульфон - 100,
неорганическая ионогенная соль лития - 5-27,
органический растворитель - 80-140.
Для него удельная электрическая проводимость достигает 10-2 См/см, что не уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока [3]. Однако было обнаружено ухудшение свойств пленок полисульфона и гельполимерных электролитов на его основе при изменении влажности окружающего воздуха. Так, чем выше влажность окружающей среды, тем более низкой проводимостью характеризовались гельполимерные электролиты. Такое поведение может быть связано с кооптированным взаимодействием соли и полимерной матрицы. Кроме этого, проводимость гельполимерного электролита во времени снижалась.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости гельполимерного электролита и обеспечении его химической и электрохимической стабильности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития, достигается тем, что в известном гельполимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:
перфторполиэфир - 100,
неорганическая ионогенная соль лития - 7-30,
органический растворитель - 80-140.
При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить гельполимерный электролит с хорошими механическими свойствами.
Обоснование выбранных интервалов компонентов:
- уменьшение количества соли менее нижнего предела приводит к неравномерности распределения ее по полимерной матрице и, соответственно, к ухудшению проводящих свойств; увеличение количества соли лития более верхнего предела приводит к ухудшению электропроводности за счет выпадения кристаллов соли в осадок;
- уменьшение количества растворителя приводит к получению жесткого геля, что снижает его электропроводность, а увеличение количества растворителя приводит к ухудшению механических свойств гельполимерного электролита.
Гельполимерный электролит готовится следующим образом: порошок перфторполиэфира растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают на специальное стекло и выдерживают в сушильном шкафу при t=100±5°С до получения пленки толщиной 10÷50 мкм. Затем пленка полимера пропитывается раствором соли лития в смеси пропиленкарбоната и тетрагидрофурана в закрытом бюксе в боксе, заполненном аргоном, в течение 18-20 часов.
В таблице приведены примеры конкретных составов и свойств заявленных гельполимерных электролитов.
Удельная электрическая проводимость прототипа ниже на 12-17%. Гельполимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-литий-титан фосфат (типоразмер 2325) и первичном элементе системы Li-МnО2 (типоразмер 2025). На протяжении 250 циклов заряда-разряда аккумулятора и 320 часах разряда первичного элемента током 0,5 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как гельполимерного электролита, так и источников тока в целом.
Преимущества предлагаемого гельполимерного электролита заключаются в его высокой удельной электрической проводимости, электрохимической стабильности и химической инертности, чем он выгодно отличается от известных.
Источники информации
1. Патент РФ №2356131, опубл. 20.05.2009.
2. Патент РФ №2424252, опубл. 20.07.2011.
3. Патент РФ №2190903, опубл. 10.10.2002 г., Бюл. №28.
Claims (2)
- Гельполимерный электролит для литиевых источников тока, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:
-
перфторполиэфир 100 неорганическая ионогенная соль лития 7-30 органический растворитель 80-140
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104282A RU2614040C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104282A RU2614040C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2614040C1 true RU2614040C1 (ru) | 2017-03-22 |
Family
ID=58452954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016104282A RU2614040C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2614040C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762828C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2021-12-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Гельполимерный электролит |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2190903C1 (ru) * | 2001-07-25 | 2002-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский энергетический институт (технический университет) | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
| KR20050092372A (ko) * | 2003-01-23 | 2005-09-21 | 소니 가부시키가이샤 | 전극 및 전지 |
| JP2006269374A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Toshiba Corp | 非水電解質電池 |
| RU2356131C1 (ru) * | 2007-10-15 | 2009-05-20 | Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПХФ РАН) | Жидкая полимеризационноспособная композиция для получения твердых электролитов и способ ее отверждения |
| RU2424252C2 (ru) * | 2009-08-25 | 2011-07-20 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ | Гель-полимерный электролит и источник тока с его использованием |
-
2016
- 2016-02-10 RU RU2016104282A patent/RU2614040C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2190903C1 (ru) * | 2001-07-25 | 2002-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский энергетический институт (технический университет) | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
| KR20050092372A (ko) * | 2003-01-23 | 2005-09-21 | 소니 가부시키가이샤 | 전극 및 전지 |
| JP2006269374A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Toshiba Corp | 非水電解質電池 |
| RU2356131C1 (ru) * | 2007-10-15 | 2009-05-20 | Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПХФ РАН) | Жидкая полимеризационноспособная композиция для получения твердых электролитов и способ ее отверждения |
| RU2424252C2 (ru) * | 2009-08-25 | 2011-07-20 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ | Гель-полимерный электролит и источник тока с его использованием |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762828C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2021-12-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Гельполимерный электролит |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rao et al. | Preparation and performance of gel polymer electrolyte based on electrospun polymer membrane and ionic liquid for lithium ion battery | |
| Saikia et al. | Investigation of ionic conductivity of composite gel polymer electrolyte membranes based on P (VDF-HFP), LiClO4 and silica aerogel for lithium ion battery | |
| Jabbari et al. | An efficient gel polymer electrolyte for dendrite-free and long cycle life lithium metal batteries | |
| Yu et al. | Safety regulation of gel electrolytes in electrochemical energy storage devices | |
| JP2018513539A (ja) | 固体高分子電解質およびそれを含む電気化学デバイス | |
| CN108963332A (zh) | 一种复合固体电解质材料及制备方法和全固态电池 | |
| CN110982101B (zh) | 一种弹性凝胶电解质膜及其制备方法和应用 | |
| CN108365261A (zh) | 一种锂离子电池凝胶聚合物电解质及其制备方法 | |
| Wen et al. | Enhanced electrochemical properties of a novel polyvinyl formal membrane supporting gel polymer electrolyte by Al2O3 modification | |
| Zhong et al. | Polyhedral oligomeric silsesquioxane-modified gel polymer electrolyte based on matrix of poly (methyl methacrylate-maleic anhydride) | |
| Ponraj et al. | Mg-ion conducting triblock copolymer electrolyte based on poly (VdCl-co-AN-co-MMA) with magnesium nitrate | |
| CN103066322B (zh) | 一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池 | |
| RU2614040C1 (ru) | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока | |
| JP2007059192A (ja) | 非水電解液二次電池及びその製造方法 | |
| CN106257732A (zh) | 凝胶聚合物电解质和包含其的二次电池 | |
| RU2594763C1 (ru) | Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока | |
| US20030207179A1 (en) | Gel electrolyte, process for producing the same, and use thereof | |
| TWI817436B (zh) | 用於鋰離子電池組之固體電解質 | |
| JP2024042822A (ja) | 造粒粒子 | |
| US20220109133A1 (en) | Solid polymer matrix electrolytes (pme) and methods and uses thereof | |
| JP4351673B2 (ja) | 微多孔性ポリオレフィン系隔膜の製造方法 | |
| RU2762828C1 (ru) | Гельполимерный электролит | |
| Jiang et al. | Rationally Designed Fluorinated Polycation Electrolytes for High-Rate, Dendrite-Free Lithium Metal Batteries | |
| JP2011187320A (ja) | 電解質及び該電解質を備えた電気化学デバイス | |
| RU2190903C1 (ru) | Гельполимерный электролит для литиевых источников тока |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171023 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171204 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171205 |