RU2762828C1 - Гельполимерный электролит - Google Patents

Гельполимерный электролит Download PDF

Info

Publication number
RU2762828C1
RU2762828C1 RU2021115551A RU2021115551A RU2762828C1 RU 2762828 C1 RU2762828 C1 RU 2762828C1 RU 2021115551 A RU2021115551 A RU 2021115551A RU 2021115551 A RU2021115551 A RU 2021115551A RU 2762828 C1 RU2762828 C1 RU 2762828C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phenyleneoxy
phenylene
gel
lithium
electrolyte
Prior art date
Application number
RU2021115551A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Евгеньевич Смирнов
Алексей Михайлович Егоров
Александр Александрович Огородников
Дарья Сергеевна Огурцова
Елена Анатольевна Смирнова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2021115551A priority Critical patent/RU2762828C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2762828C1 publication Critical patent/RU2762828C1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Увеличение гомогенности электролита и повышение коэффициента диффузии лития и механической прочности гельполимерного электролита является техническим результатом изобретения. Указанный результат достигается за счет использования в качестве полимерной матрицы аморфного поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилена]. 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 тетрафтороборатом лития, причем в качестве полимеров используются смеси поливинилиденфторида с гексафторпропиленом [1]. Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале (1.1-1.7)*10-3 См/см, что значительно ниже, чем у жидких электролитов. Поэтому источники тока с такими электролитами имеют большие омические потери.
Известны гельполимерные электролиты, включающие полимерную матрицу, состоящую из сополимера трифторхлорэтилена и винилиденфторида и сополимера полиэтиленгликольакрилата, полученную при различных содержаниях полиэтиленгликольакрилата (20, 50, 75%), в которую вводился методом пропитки перхлорат лития или тетрафтороборат лития в пропиленкарбонате [2]. Для этих композиций удельная электрическая проводимость составляет 9*10-3 См/см. Содержание растворителя находится в диапазоне от 500 до 2000 массовых частей в расчете на 100 массовых частей полимерной матрицы. В связи с этим возникают потери растворителя в результате утечки или испарения и, как следствие, растет сопротивления ячейки и нарушается контакт с электродами, а также наблюдается пассивация лития.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатом является гельполимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе перфторполиэфира, 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.:
перфторполиэфир - 100,
неорганическая ионогенная соль лития - 7-30,
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 резкое (на порядок) снижение удельной электропроводности при низких температурах. Кроме этого, для этого гельполимерного электролита характерна невысокая механическая прочность - не более 8 МПа.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости гельполимерного электролита в широком температурном диапазоне и механической прочности, а также обеспечении его химической и электрохимической стабильности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития и предела прочности, достигается тем, что в известном гельполимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используется поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.4-1.0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас. ч.:
поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилен] - 100,
неорганическая ионогенная соль лития - 6-28,
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 поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилена] растворяют в диметилацетамиде, 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.
Figure 00000001
Удельная электрическая проводимость прототипа при отрицательных температурах ниже на 32-47%, а механическая прочность на 42-67%. Гельполимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий - фосфат лития-железа (типоразмер 2325) и первичном элементе системы литий- диоксид марганца (типоразмер 2025). На протяжении 450 циклов заряда-разряда аккумулятора и 360 часах разряда первичного элемента током 0.6 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 в широком температурном интервале, механической прочности, электрохимической стабильности и химической инертности, чем он выгодно отличается от известных.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. ЮР Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. V. 225. P. 12049.
2. Патент РФ №2424252, опубл. 20.07.2011.
3. Патент РФ №2614040, опубл. 22.03.2017.

Claims (4)

  1. Гельполимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется порошок поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.4-1.0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас. ч.:
  2. поли [1,4 - фениленокси - 4-бис(трифторметил)метан - 6,9 - фениленокси - 10,13 - фениленсульфонил - 14,17 фенилен] - 100,
  3. неорганическая ионогенная соль лития - 6-28,
  4. органический растворитель - 80-140.
RU2021115551A 2021-05-31 2021-05-31 Гельполимерный электролит RU2762828C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115551A RU2762828C1 (ru) 2021-05-31 2021-05-31 Гельполимерный электролит

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115551A RU2762828C1 (ru) 2021-05-31 2021-05-31 Гельполимерный электролит

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762828C1 true RU2762828C1 (ru) 2021-12-23

Family

ID=80039313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115551A RU2762828C1 (ru) 2021-05-31 2021-05-31 Гельполимерный электролит

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762828C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050238962A1 (en) * 2001-04-07 2005-10-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Separators for winding-type lithium secondary batteries having gel-type polymer electrolytes and manufacturing method for the same
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
US20110281172A1 (en) * 2004-02-09 2011-11-17 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
RU2594763C1 (ru) * 2015-04-16 2016-08-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока
RU2614040C1 (ru) * 2016-02-10 2017-03-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Гельполимерный электролит для литиевых источников тока

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050238962A1 (en) * 2001-04-07 2005-10-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Separators for winding-type lithium secondary batteries having gel-type polymer electrolytes and manufacturing method for the same
US20110281172A1 (en) * 2004-02-09 2011-11-17 Lg Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
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
RU2594763C1 (ru) * 2015-04-16 2016-08-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока
RU2614040C1 (ru) * 2016-02-10 2017-03-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Гельполимерный электролит для литиевых источников тока

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Gelled microporous polymer electrolyte with low liquid leakage for lithium-ion batteries
Liu et al. A study on PVDF-HFP gel polymer electrolyte for lithium-ion batteries
Kim et al. Electrochemical characterization of gel polymer electrolytes prepared with porous membranes
Yang et al. Gel-type polymer electrolytes with different types of ceramic fillers and lithium salts for lithium-ion polymer batteries
Li et al. Preparation and characterization of safety PVDF/P (MMA-co-PEGMA) active separators by studying the liquid electrolyte distribution in this kind of membrane
Huai et al. Preparation and characterization of a special structural poly (acrylonitrile)-based microporous membrane for lithium-ion batteries
US20230098496A1 (en) All solid-state electrolyte composite based on functionalized metal-organic framework materials for lithium secondary battery and method for manufacturing the same
Song et al. Thermally stable gel polymer electrolytes
Guo et al. Safer lithium metal battery based on advanced ionic liquid gel polymer nonflammable electrolytes
US9240257B2 (en) Solid, lithium-salt-doped, thermoset polyimide polymer electrolyte and electrochemical cell employing same
Wen et al. Enhanced electrochemical properties of a novel polyvinyl formal membrane supporting gel polymer electrolyte by Al2O3 modification
Nagajothi et al. Preparation and characterization of PEO-based composite gel-polymer electrolytes complexed with lithium trifluoro methane sulfonate
JP2024533956A (ja) 無秩序なネットワークを有する架橋ポリマーを含む電解質
Wu et al. Hierarchical-structure and high-modulus aramid nanofiber membrane protective layer achieving high-performance lithium metal anode
CN114400372A (zh) 一种各向异性离子传输通道的固态电解质薄膜的制备方法
Wang et al. In-situ constructing of dual bifunctional interfacial layers of garnet-type Li6. 4La3Zr1. 4Ta0. 6O12 solid electrolyte towards long-cycle stability for flexible solid metal lithium batteries
RU2762828C1 (ru) Гельполимерный электролит
TWI817436B (zh) 用於鋰離子電池組之固體電解質
Despotopoulou et al. Coatings for electrochemical applications
JP2024042822A (ja) 造粒粒子
WO2023038508A1 (ru) Гель полимерный электролит на основе сшитого сополимера
RU2594763C1 (ru) Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока
RU2614040C1 (ru) Гельполимерный электролит для литиевых источников тока
CN112242588A (zh) 一种锂电池陶瓷复合膜的制备方法
RU2760559C1 (ru) Твердополимерный электролит