SE518564C2 - Polymer elektrolyt, battericell innefattande elektrolyten, förfarande för framställning av elektrolyten samt användning av elektrolyten och battericellen - Google Patents

Description

25 30 o ~ - . .- 518 564 2 .o nu I ett återuppladdningsbart batteri rör sig joner från en källa av elektrodmaterial mellan elektroder genom en mellanliggande elektrolyt under cellemas uppladd- nings- och urladdningscykler. Under urladdningen förorsakar de elektricitetspro- ducerande reaktionema reversibla förändringar i elektrodemas och elektrolytens sarnrnansätmingar. Under uppladdningen kan dessa förändringar återställas till sitt ursprungliga tillstånd. De elektrokemiska reaktionerna äger rum såväl vid den ne- gativa elektroden (som utgör anoden i urladdningsprocessen och katoden i upp- laddningsprocessen) och vid den positiva elektroden i den elektrokerniska cellen.

Forsknings- och utvecklingsresurser läggs nu ned på lätta och högspänningsbase- rade sekundärbatterier med förbättrad flexibilitet i utformningen. De huvudsakliga batteriegenskaperna som man vill förbättra med ny forskning är storlek, vikt, ener- gitätlret, lägre urladdningshastigheter, kostnad, milj ösäkerhet och livslängd. Liti- ummetallbaserade sekrmdärbatterier utgör lovande krañkällor p g a sin höga ener- gitätlret. I allmänhet utnyttjas i ett litiumbatteri litiumrnetall som negativ elektrod och en organisk lösning innehållande ett litiumsalt som elektrolyt. Dendriter (kri- staller med trädliknande grenar) genereras vanligen på litiummetallytan under upp- repade uppladdnings- och urladdningscykler när litiummetall användes som nega- tiv elektrod i ett litiumsekundärbatteri, vilket resulterar i kortslutning i batteriet.

Stor uppmärksamhet har nu fokuserats på sekundära litíumjonbatterier som använ- der en negativ elektrod innefattande ett kolmaterial utgörande värd för införda liti- umjoner. Dessa system utnyttjar en interkalationsreaktion och deinterkalafionsre- aktion av litiumjonema i värden. De sekrmdära litiumjonbatterierna har i allrnänhet lägre teoretisk negativ elektrodkapacitet än det litiummetallbaserade sekimdärbat- teriet men är överlägsna i cykelegenskap och systemtillförlitlighet. Sektmdära liti- umjonbattericeller använder ofta organiska elektrolytlösningar som elektrolyter.

Användningen av en organisk vätska som elektrolyt innebär emellertid problem förknippade med tillförlitligheten hos batterisystemet, t ex läckage av elektrolyt ur batteriet, förångning av lösningsmedlet i elektrolyten och upplösning av elektrod- material i elektrolytlösningen. Eftersom elektrolyten innehåller ett lättantändligt organiskt lösningsmedel kan läckage av lösningsmedlet resultera i antändning. n - ; . ø ø nu 10 15 20 25 30 » , - . nu . I g vi O °. l :'.o: .In u n o n. v I .I 0 z ': o ~ . - o - v ' ' ' , _ , v" n. I - v ~ ' 'i ' _ , , , . , . .. . . - _, , , , .- s n. nu; 3 Även om förbättrad fiamställningstelcriik har minskat förekomsten av läckage, kan de sekundära litiumjonbattericellema fortfarande läcka potentiellt farliga elektro- lyter. Battericeller som använder våtskeformiga elektrolyter är inte heller tillgänli- ga för alla typer av formgivningar och har inte tilhäcklig flexibilitet.

Fasta polymerelektrolyter uppvisar däremot ej problemen med läckage. De har dock en del sämre egenskaper än vätskeelektrolyter. Exempelvis har konventio- nella fasta polymerelektrolyter en jonkonduktivitet inom området 10* till 104 S/cm vid rumstemperatur medan acceptabla jonkonduktiviteter är > 10* S/cm.

Hög jonkonduktivitet är nödvändigt för att säkerställa ett batterisystem med för- måga att avge användbara mängder energi för en given tillämpning. Det är också nödvändigt fór de höga arbetshastigheter som ldävs av t ex mobiltelefoner. Följ- aktligen är befintliga fasta polymerelektrolyter ej lämpliga för många högvärdiga högteknologiska batterisystem. Med ”fast” polymerelektrolyt menas en polymer- elektrolyt utan något lösningsmedel eller mjukgörare medan en polymer ”gel”- i elektrolyt innefattar ett lösningsmedel eller en mjukgörare i detta sammanhang.

När ternien ”polymer elektrolyt” användes avses såväl fast elektrolyt som gelelek- trolyt. Även om fasta polymerelektrolyter är avsedda att ersätta kombinationen av vätske- formiga elektrolyter och separatorer använda i konventionella batterier har här be- skrivna begränsningar förhindrat dem från att bli fullt tillämpade. En klass av po- lymerelektrolyter, nämligen polymergelelektrolyter, har visat en del lovande egen- skaper. Det finns dock en nackdel med dålig kompatibilitet med anoden. Anled- ningen till dålig kompatibilitet är tillväxten av passiverande skikt på anodens yta.

Polymergelelektrolyter bildas genom inläsning av en elektrolyt, d v s en organisk lösningsmedelblandning innehållande löst litiumsalt i en polymermatris. En sådan polymennatris består t ex av poly(akrylnitril) (PAN), p0ly(metylmetakrylat) (PMMA), en sarnpolymer av poly(vinylidenfluorid) (PVdF) och hexafluorpropen (I-IFP) (Kynarflex°). Immobiliseringsproceduren varierar från fall till fall och in- kluderar UV-tvärbindning, gjutning och gelning. Det föreligger ingen molekylär - . - ø « n» 10 15 20 25 30 ; - | a no u 518 564 4 n en .en interaktion mellan dessa polymerer och elektrolyten och elektrolytlösningen och polymergelelektrolyten kan betraktas som ett tvåfassystem.

Polymergelelektrolyter har lovande egenskaper vad gäller konduktivitet och elek- trokemisk stabilitet (brett verksamt spämiingsfönster). I princip gör dessa egenska- per polymergelelektrolyterna lämpliga för användning i olika typer av högenergili- tiumbatterier. Många av polymergelelektrolytema kan betraktas som i grunden två- fasmaterial polyrneren är en passiv komponent verkande som en stel matris in- nehållande områden med elektrolyt. Dessa tvåfasmaterial erbjuder ej tillräcklig långtidsstabilitet till följd av fasseparation. En annan nackdel med konventionella polymergelelektrolyter är att battericellemas tillförlitlighet är låg p g a deras dåliga kemiska kompatibilitet med elektrodema. Anledningen till den dåliga kompatibi- liteten är uppbyggnaden av passiverande filrner, huvudsakligen i gränsytan mellan den negativa elektroden och polymergelelektrolyten p g a det höga innehållet av organiskt lösningsmedel. Den passiverande filrnen består av ett primärt oorganiskt skikt och ett sekrmdärt skikt av organisk natur. Det sekundära skiktet är troligen ej järnnt fördelat över elektrodytan och det finns områden med varierande tjocklek.

Detta sekundära skikt ökar i tjocklek allt eftersom battericellen utsätts för upprepa- de cykler och denna ökning betraktas som huvudproblemet vid användning av po- lymergelelektrolyter i sekundära litiumpolymerbatterier till följd av den samtidiga kapacitetsförlusten. Försök att minska problemet genom att tillsätta oorganiska och organiska additiver eller ersätta de reaktiva organiska lösningsmedlen med mindre reaktiva har ej varit framgångsrika.

US-A-5 587 253 beskriver ett litiumjonbatteri med en elektrolyt/separator- sammansättning innefattande en vinylidenfluoridsampolymer och en mjukgörare.

Vinylidenfluoridsarnpolymerens kristallina struktur gör det nödvändigt att införa mjukgörare för att lösa upp de kristallina områdena i sampolymermatrisen simule- rande en amorf region som leder till högre jonkonduktivitet. Dessutom medför in- förandet av mjukgörare att polymerens glasomvandlingstemperatur sänks som gör att den kan undergå smältflytning eller mjukning under batteriets drift. v . . n n | nu 10 15 20 25 30 518 564 _: g; 5 US-A-5 407 593 uppger att den huvudsakliga vägen för jontransport i en polymer- elektrolyt sker via polymermatrisens amorfa regioner. Genom att sålunda minska volymfraktionen av de kristallina regionerna och öka de amorfa regionema i poly- mermatrisen kan j onkonduktiviteten hos en polymer elektrolyt höjas. De metoder som ofia användes för att uppnå detta är: (1) framställning av en ny polymer såsom en sampolymer eller en polymer med nätverksstruktur, (2) tillsättande av olösliga tillsatser för att förbättra elektrolytegenskapema och (3) tillsättande av lösliga till- satser för att skapa nya banor för jonkonduktivitet. Polymerer med höga dielektris- ka konstanter är goda matriser för framställning av polymerelektrolyter. Eftersom de har höga glasomvandlingstemperaturer eller höga laistallinitets grader ger de emellertid polymerelektrolyter av ej önskvärt slag. För att avhjälpa detta beskriver dokumentet en polymer elektrolyt som saknar flyktiga komponenter. Härigenom tillförsäkras att ingen ändring sker i konduktivitet och sammansättning till följd av förångning av förekommande föreningar Konduktiviteten hålles sålunda kon- stant. De i dokumentet angivna polymera elektrolyterna inkluderar en polär poly- mermatris, ett dissocierbart salt och en mjukgörare av polyeter- eller polyesteroli- gomerer med terrninala halogenerade grupper.

US-A-5 776 796 beskriver ett batteri med en polymerelektrolyt, en anod och en katod som är passiveringsfiia. Anoden består av Li4T5012. Elektrolyten innefattar en polymervärd såsom polyakrylnitril, polyvinylklorid, polyvinylsulfon och poly- vinylidenfluorid mjukade med en lösning av Li-salt i ett organiskt lösningsmedel.

Katoden inkluderar LiMn2O4, LiCoOz, LiNiOz och LiVzOs och derivat därav.

Minskningen av passiveringsskiktet åstadkommes genom valet av elektrod och elektrolytmaterial. Den passiverande filmen i litiumbatteriet som utnyttjar polyak- rylnitrilbaserade elektrolyter kimde elimineras genom användning av en elektrod vilken interkalerade Li vid en potential högre än 1 V mot Li+/Li. Det är valet av anodmaterial i kombination med en polyakrylnitrilbaserad elektrolyt som ger den . passiveringsfria ytan.

WO-Al-9706207 beskriver en polymergelelektrolyt som kan fiamställas som en tunn film. Polymerelektrolyten är framställd genom polymerisation av ett timt skikt 10 15 20 25 30 518 564 ;::¿:___a ~ 6 _ av en lösning innehållande tre monomerer, ett elektrolytsalt och en mjukgörare. En av monomerema är en förening med två akryloylfinilctionaliteter, en annan är en förening med en akryloyl- eller allylfuriktionalitet och som även innehåller grupper med hög polaritet såsom en karbonat- eller en cyanogrupp. En annan vald mono- mer är en förening som har en aloyloylfinilctionalitet och en oligo(oxietylen)grupp GCHZCHZ-O). Polymerisationen resulterar i en elektrolytfilm.

Genom föreliggande uppfinning minskas problemet med passiveringsfenomen vid elektrodytoma och den aktiva fiinlctionen hos en amfifil ympsampolymer resulterar i ett enfassystem och en signifikant högre j onkonduktivitet jämfört med kända po- lyrnerelektrolyter.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser en polymer elektrolyt innefattande en polymer, ett metallsalt och eventuellt minst en mjukgörare eller ett lösningsmedel, varvid polymeren är en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja som uppbär hydrofila och hydrofoba sidokedj or. Mjukningsmedlet eller lösningsmedlet är ett högkokande organiskt lösningsmedel. Den polyrnera elektrolyten har överlägsen jonisk kon- duktivitet och kemisk stabilitet gentemot elektrodema jämfört med kända polyme- relektrolyter. I detta sammanhang innefattar termen ”polymerelektrolyt” såväl en gelelektrolyt som innehåller ett lösningsmedel eller mjukgörare som en fast elek- trolyt som ej innehåller något lösningsmedel eller mjukgörare.

Polyrneren innefattad i elektrolyten enligt uppfinningen är en amfifil ympsampo- lymer som är en sampolymer innefattande en huvudkedj a som uppbär hydrofila och hydrofoba sidokedj or eller ympar anslutna till olika kolatomer i huvudkedj an.

Vad gäller en polymergelelektrolyt fungerar denna sampolymer som en aktiv po- lymermatris i motsats till de polymerer som vanligtvis användes i konventionella polymergelelektrolyter, vilka betraktas som passiva. De hydrofila ympama i den amfifila ympsampolymeren enligt uppfimiingen är solubiliserade av elektrolytlös- ningen och koordinerar svagt till katj onerna. Detta säkerställer en hög solubilitet . | ø ø . nu 10 15 20 25 30 518 564 7 nu .n av sampolymeren och att polymergelelektrolyten ej fasseparar vid en makrosko- pisk nivå under drift av batteriet. _ När man har att göra med en fast polyrnerelektrolyt fungerar sampolymeren också som aktiv polymer-matris inte bara i koordínationen av katjoner, som fallet är för konventionella fasta polymerelektrolyter, utan även genom att attrahera anjoner och förbättra jondissociationen av saltet i den fasta polymerelektrolyten. De hydro- fila ympama av den amfifila ympsampolymeren enligt uppfinningen solubiliserar saltet genom koordination av katj onema. Detta möjliggör en hög solubilitet av liti- umsaltet i den fasta polymerelektrolyten.

Beträffande polymerelektrolyten kan de hydrofoba ymparna i den amfifila ymp- sampolymeren solubilisera lipofila anjoner av t ex ett litiumsalt, som tillsammans med svaga katj onkoordinationsegenskaper hos de hydrofila segmenten förbättrar saltdissociationen och litiumjontxansporttalet. Som resultat uppnås högre jonkon- duktivitet för polymerelektrolyten enligt uppfinningen jämfört med vanligtvis an- vända polymerelektrolyter av beskrivet slag.

Uppfmningen avser även en polymer battericell innefattande en katod, en anod och en polymerelektrolyt innefattande ett metallsalt, en polymer och eventuellt minst en mjukgörare eller ett lösningsmedel, varvid polymeren är en amfifil ympsampo- lymer innefattande en huvudkedja som uppbär' hydrofila och hydrofoba sidokedjor.

Vidare avser uppfinningen ett förfarande för framställning av den polymera elek- trolyten.

Uppfinningen löser problemen med jonkonduktivitet, fasseparation i en elektrolyt, passiverande filmer på elektroder och ger batterier med längre livslängd.

Detalierad beskrivning av uppfinningen ; . » a | nu 10 15 20 25 30 a ~ - . .o o 518 564 s Uppfimiingen avser en polymer elektrolyt innefattande en polymer, ett metallsalt och eventuellt minst en mjukgörare eller ett lösningsmedel, varvid polymeren är en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja uppbärande hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer på huvudkedj an.

Den polyrnera elektrolyten enligt uppfinningen är unik i den meningen att de starkt hydrofoba segmenten typiska för ympsampolymeren har en stimulerande effekt på jonledningsprocessen. Genom den strukturella uppbyggnaden av en amfifil ymp- sampolymer är det möjligt att få fram en polymer elektrolyt som är aktiv i solvati- seringen av elektrolytsaltet och i koordinationen av j ongrupper i tävlan med lös- ningsmedlet om ett lösningsmedel är närvarande. Den amfifila polymeren är också orienterad på ett sätt som är gynnsamt för att förhindra uppkomst av passiverande filmer i battericeller.

Förutom förbättrad konduktivitet vid användning av den polymera elektrolyten en- ligt uppfinningen kan en förbättrad kompatibilitet mot elektrodytoma tillskrivas den amfifila ympsampolymeren i elektrolyten. Det anses allmänt att anjoniska grupper kan bilda oligomerer på elektrodytoma och dessa organiska grupper är inte järnnt fördelade på elektrodytoma utan tros bilda domäner med varierande tjock- lek. Dessa domäner betraktas vanligen som delar av det sekimdära passiverings- skiktet bildat under litiumpolymerbatteriets cykliska användning. Genom att mins- ka tillväxten av dessa oligomerer minskar man förekomsten av passiverande filmer och detta resulterar i förbättrad batteriprestanda när elektrolyten användes i ett liti- umpolymerbatteii. Den amfifila naturen hos sarnpolymeren, uppvisande starka hydrofoba och hydrofila ympar, resulterar i en sj älvorganiserande effekt av ympar- na i elektrolyten vilket minskar passiveringsfenomenen vid elektrodytoma.

Den amfifila ympsampolymeren enligt uppfinningen innefattar en huvudkedja (backbone) uppbärande hydrofila (polära) sidokedjor samt hydrofoba (icke polära) sidokedj or (ympar). Huvudkedjan i polymeren är ett polyakrylat eller polymetak- rylat. De hydrofila segmenten består företrädesvis av oligo(etylenoxid)kedj or men andra hydrofila kedjor kan användas, som t ex oligo(propylenoxid)kedj or. De hyd- I - . n n - nu 10 15 20 25 u > a | .n 518 564 9 rofoba segmenten innefattar fluorerade alkylkedjor eller arylkedj or, företrädesvis fluorerade alkylkedj or. En föredragen amfifil ympsampolymer använd för fiam- ställníng av den polymera elektrolyten har följande struktur: ' vari: o z, y och v anger sammansättningen given som vikt-% av totala vikten av poly- meren, varvid värdet på z kan variera från 5 till 90 vikt-%, y är inom intervallet 5-95 vikt-% och v är inom intervallet 0-90 vikt-%, 0 n är ett heltal med ett värde inom området 5-35, 0 Rl är valt ur gruppen bestående av en alkylgrupp, ßreträdesvis C,_5 alkyl och 0 R2 är vald ur gruppen bestående av fluorerad C140 alkyl.

Företrädesvis kan värdet på z variera från 10 till 80 vikt-%, y är inom intervallet 10-90 vikt-% och v är inom intervallet 0-50 vikt-%. R2 är företrädesvis vald från en fluorerad C140 alkyl. z, y och v kan variera såsom angetts ovan. Andelen oligo(etylenoxid) är viktig. n, som är heltalet för det återkommande antalet oligo (etylenoxid)enheter kan variera mellan 5 och 35. Om n är stort kan y ha ett litet värde i intervallet och om n är litet kan y ha ett stort värde. Det är emellertid balansen mellan de hydrofila delarna och 10 15 20 25 30 ø . » n nu 518 564 10 de hydrofoba delama i sampolymeren som är viktig för jonkonduktiviteten. Saltet som användes i den polymera elektrolyten är företrädesvis ett litiumsalt.

När en polymergelelektrolyt användes innefattar polymerelektrolyten en polymer, ett metallsalt och minst en mjukgörare eller ett lösningsmedel, varvid polymeren är en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedj a som uppbär hydrofila och hydrofoba ympar anslutna till olika kolatomer på huvudkedjan.

I konventionella polymergelelektrolyter tillskrives jonkonduktiviteten transporten av katj oner och anj oner i den vätskeformiga komponenten av polymergelelektro- lyten. Den mikroskopiska viskositeten hos polymergelelektrolyten är den huvud- sakliga begränsande faktorn för jonkonduktiviteten i polymergelelektrolyten. I polymergelelektrolyter är en stark koordination mellan polymeren och katjonen liknande den som vanligen förekommer i fasta polymerelektrolyter ej gynnsam eftersom jontransportprocessen inbyggd i polymerkedjoma är långsammare än i den vätskeforrniga komponenten av elektrolyten p g a långsamma segmentrörelser.

Följaktligen är korta poly(etylenoxid)ympar, d v s hydrofila ympar, anslutna till polymerhuvudkedjan mera gynnsamma ur konduktivitetssynpunkt p g a en svagare koordination till saltets katjon jämfört med de långa poly(etylenoxid)ympama. Vi- dare undergår långa poly(etylenoxid)ympar, som t ex sådana med en molekylvikt av 2 000, aggregering och kristalliserar vilket inverkar negativt på jonkonduktivi- teten. Den starka polära naturen hos poly(etylenoxid)sidokedj oma säkerställer att gelelektrolyten enligt uppfinningen blir homogen och bildar ett stabilt enfassystem.

Genom att ha de hydrofila och hydrofoba sidokedj oma bundna till olika kolatomer uppnås en förhöjd rörlighet, vilket är fördelaktigt i såväl gelelektrolyten som den fasta elektrolyten. i Genom införandet av starkt hydrofoba segment i ympsampolymeren använd i den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen uppnås en förhöjd amfifil natur hos ympsampolymeren, vilket stimulerar en förhöjd jonisk konduktivitet i polymerge- lelektrolyten bildad av polymeren. De starkt hydrofoba gruppema i sampolymeren är företrädesvis kedjor som innehåller fluoratomer. Exempel på andra tänkbara . , . . . en 10 15 20 25 30 518 564 11 nu fo. hydrofoba grupper är olefiner uppbärande metylgrupper, siloxaner eller aromatiska grupper. Den amfifila karaktären hos ympsampolymererna inducerar självorgani- sation vid elektrodytorna. Elektrodytomas natur bestämmer typen av organisation.

De amfifila ympsampolymererna interagerar fördelaktigt med lösningsmedlet eller mjukningsmedlet vid elektrodytoma, vilket resulterar i en minskad tillväxt av pas- siverande film med en förbättrad kapacitet för hela batterisystemet som tölj d.

Det fakturn att de amfifila ympsampolymererna av den typ och sammansättning som uppges enligt uppfinningen kan ha en aktiv roll och underlättar j ontransport- processer i en polymergelelektrolyt är en ny upptäckt.

När det rör sig om en fast polymerelektrolyt innefattar polymerelektrolyten en po- lymer och ett metallsalt, varvid polymeren är en antfifil ympsampolymer innefat- tande en huvudkedja som uppbär hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer på huvudkedj an. Den fasta polymerelektrolyten innehåller sålunda ej något mjukgörare eller lösningsmedel.

Såsom uppges i många under senare decenniet utkomna publikationer undergår polyetylenoxidsegment i allmänhet lätt koordination till litiumkatj oner och denna koordination är anledningen till jonkonduktivitetsprocessen i fasta polymerelek- trolyter. I konventionella polymergelelektrolyter tillskrives j onkonduktiviteten transporten av katj oner och anj oner i den vätskeforrniga komponenten av polymer- gelelektrolyten. I fasta polymerelektrolyter måste polymeren innehålla en tillräck- i lig hydrofil andel för att solubilisera metallsaltet som svarar för jonkonduktivite- ten.

Vid vissa batteritillämpningar, som t ex i elektriska fordon, omöjliggör behovet av säkra och tillförlitliga system att flyktiga komponenter fmns närvarande. Därför tö- redras att använda fasta polymerelektrolyter framför polymergelelektrolyter som innehåller flyktiga mjukgörare trots deras något lägre j onkonduktivitet. 10 15 20 25 30 518 564 12 .u .nu Genom införandet av starkt hydrofoba segment i sampolymeren använd i den fasta polymerelektrolyten enligt uppfinningen, uppnås en förhöjd arnfifil natur hos ymp- sampolymeren, som stimulerar en förhöjd j onkonduktivitet i den fasta polymer- elektrolyten bildad av polymeren. Genom slrukturell utformning av en amfifil ympsampolymer är det möjligt att få fram en fast polymerelektrolyt som är aktiv vid solvatiseringen av elektrolytsaltet. De starkt hydrofoba grupperna i sampoly- meren är företrädesvis kedjor som innehåller fluoratomer. Exempel på andra tänk- bara hydrofoba grupper är olefiner som uppbär metylgrupper, siloxaner och aro- matiska grupper.

Det faktum att amfifila ympsampolymerer av den typ och med den sarnman- _ sättning som anges enligt uppfinningen kan spela en aktiv roll i den meningen att de ökar jondissociationen av metallsaltet, vilket resulterar i en underlättad jon- transportprocess i den fasta polymerelektrolyten, är en ny upptäckt.

Den polymera elektrolyten kan också vara tvärbunden.

Uppfmningen avser även en polymer battericell innefattande en katod, en anod och en polymer elektrolyt innefattande ett metallsalt, en polymer och eventuellt minst en mjukgörare eller ett lösningsmedel, varvid polymeren är en amfifil ympsampo- lymer innefattande en huvudkedja som uppbär hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer i huvudkedj an. I Polymeren använd i elektrolyten i battericellen enligt polymeren och elektrolyten beskriven ovan kan vara en fast polymer elektrolyt eller en polymergelelektrolyt.

Ett batteri med användning av cellerna enligt uppfinníngen innefattande den amfi- fila sampolymeren uppvisar god jonkonduktivitet. Problemet med passiverande filmer reduceras och därigenom kommer ett batteri innefattande cellema enligt uppfinníngen att ha en förhöjd livslängd eftersom bildningen av passiverande fil- mer begränsas. I , v ~ . . n | nu 10 15 20 25 30 n v ø » u. 518 564 13 Metallsaltet som används i elektrolyten i battericellen är företrädesvis ett litium- salt.

Ympsarnpolymeren använd i den polymera elektrolyten enligt uppfinningen kan syntetiseras genom fii-radikalsarnpolymerisationsteknik med användning av en kombination av monomerer och makromonomerer. Monomerema och makromo- nomerema som användes innehåller företrädesvis en akryl- eller metakrylfrmktio- nalitet, som vid polymerisation bildar en polyakrylat- eller polymetakrylathuvud- kedja. Andra polymerisationstekniker kan användas och uppfinningen är ej be- gränsad till användningen av den i denna text presenterade polymerisationsmeto- den.

Ett mål med uppfinningen är sålunda ett förfarande för framställning av en poly- merelektrolyt enligt ovan, varvid ett vattenfritt salt är löst i minst ett första vatten- fritt lösningsmedel eller mjukgörare bildande en första lösning och att en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja som uppbär hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer på huvudkedjan är antingen _ 1) löst i den första lösningen som bildar en polymergelelektrolyt eller 2) löst i minst ett andra lösningsmedel eller mjukgörare som bildar en andra lös- ning som blandas med den första lösningen, varpå lösningsmedlet långsarnt för- ångas, bildande en fast polymer elektrolyt.

Det är viktigt att först framställa den amfifila ympsampolymeren enligt uppfin- ningen och därefter bilda den polymera elektrolyten. På detta sätt kan en mera fö- redragen morfologi uppnås, vilket är betydelsefullt för kompatibiliteten med elek- trodema och jonkonduktiviteten i systemet. Genom att använda denna metod kan molekylvikten regleras tillsammans med sammansättningen och konforrnationen av ympsarnpolymeren. Polymerens renhet blir också mycket högre varigenom sä- kerställes att inga reaktiva monomerer fmns kvar i polymerelektrolyten jämfört med när man polymeriserar direkt i den vätskeformiga komponenten av elektroly- tell. , n | . | n . u. 10 15 20 25 30 518 564 14 Vid framställningen av en polymergelelektrolyt löses ett vattenfiitt salt i minst ett första vattenfi-itt lösningsmedel eller mjukgörare bildande en första lösning och därefter löses en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedj a som uppbär i hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer på huvudkedjan i den första lösningen bildande en polymergelelektrolyt. Ympsampolymeren löses i lös- ningen innefattande saltet under en tidsperiod tills den polymera gelelektrolyten fullständigt homogeniserats.

Vid framställning av en fast polymer elektrolyt löses ett vattenfritt salt i minst ett första vattenfritt lösningsmedel eller mjukgörare bildande en första lösning och därefter löses en amfifil yrnpsampolymer innefattande en huvudkedj a som uppbär hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika atomer i huvudkedjan i minst ett andra lösningsmedel eller mjukgörare bildande en andra lösning, som blandas med den första lösningen, varpå lösningsmedlet långsamt förångas under bildning av en fast polymer elektrolyt. Det vattenfiia saltet och ympsampolymeren löses sålunda var för sig i rninst ett vattenfritt lösningsmedel bildande homogena blandningar.

De två blandningarna sammanföres sedan. Lösningsmedlet i blandningen inne- hållande polymer, lösningsmedel och salt får långsamt förånga. När en föredragen viskositet kan detekteras företas giutning av polymerelektrolytlösningen på en platta. Lösningsmedlet får förånga långsamt vilket resulterar i en fast polymer eiektmiyifiirn. i De polymera elektrolytema kan appliceras på vilket som helst konventionellt sätt varvid polymeren först framställes och därefter en elektrolyt framställes.

Många olika salter och blandningar av salter kan användas för frarnställning av polymerelektrolyten enligt uppfmningen, d v s såväl fasta som gelpolymerelektro- lyter. Som föredragna exempel må nänmas salter av Lewis-syrakomplex, såsom LiAsFó, lsiPFó, LiBF4 och LiSbFó och sulfonsyrasalter såsom LiCF,SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(CH,)(CF,SO2)2, LiCH(CF3SO2)2, LiCH2(CF3SO2), LiC2F5SO3, LiN(C2F5S02)2, LiN(CF3SO2)2, LiB(CF3SO2)2, och LiO(CF3SO,). Valet av salter för fimnställning av den polymera gelelektrolyten är ej begränsad till ovan angivna v n . - a ~ u. 10 l5 20 25 30 518 564 15 a nu .nu exempel. Andra tänkbara salttyper inkluderar LiClO4, LiCF3CO3, NaClOs, NaBF4, NaSCN, KBF4, Mg(ClO4)2 och Mg(BF4)2 liksom varje salt som användes i kon- ventionella elektrolyter kan användas. Som ovan nämnts kan ovan exemplifierade salter användas i kombination. De salt som företrädesvis användes är litiumsalt valt gruppen bestående av LiPFó, LiAsFó, LiBF4, LiClO4, LiN(CF3SO2)2 och li- tiumsalter av perfluoro-sulfonatfamilj en såsom LiSO,CF3, LiSO_~,(CF2),CF3 och LiSO3(CF2),CH3.

En polymergelelektrolyt innehåller förutom polymeren och saltet ett lösningsmedel eller mjukgörare, som ansvarar för elektrolyttrarisportegenskaperna hos gelen.

Många kombinationer av lösningsmedel och salter är möjliga att använda för den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen. Dessa lösningsmedel kan också an- vändas vid framställning av såväl en polymergelelektrolyt som en fast polyrner- elektrolyt.

Lösningsmedel som användes for framställning av den polymera elektrolyten en- ligt uppfinningen och som ingår i den polymera gelelektrolyten enligt uppfinning- en inkluderar etylenkarbonat (EC), propylenkarbonat (PC), dietylkarbonat, dimetylkarbonat, metyletylkarbonat, y-butyrolakton, y-butylenkarbonat, tetrahyd- rofuran, Z-metyltetrahydrofinan, dimetylsulfoxid, 1,2-dimetoxietan, 1,2- etoximetoxietan, dioxylan, sulfolan, metylglyrn, metyltriglym, metyltetraglym, etylglym, etyldiglym, butyldiglyrn och eterifierade oligomerer av etylenoxid och blandningar av dessa lösningsmedeLAndra tänkbara lösningsmedel inkluderar modifierade karbonat och substituerade cykliska och non-cykliska estrar, företrä- desvis metyl-2,2,2-trifluoretylkarbonat, di(2,2,2-trifluoretyl)karbonat och metyl- 2,2,3 ,3 ,3-pentafluorpropylkarbonat.

Den polymera elektrolyten enligt uppfinningen användes företrädesvis som elek- trolyt i batterier, kondensatorer, sensorer, elektrokroma anordningar och halvledar- anordningar och uppfmningen avser även användningen av den polymera elektrof lyten enligt ovan som eleklrolyt i batterier, kondensatorer, sensorer, elektrokroma anordningar och halvledaranordningar. Den fasta polymera elektrolyten användes 10 15 20 25 30 518 564 16 u o u» nu; t ex i batterieri elektriska fordon. Vanligen består ett batteri av en anod fiamställd av ett aktivt, positivt elektrodmaterial, en elektrolyt och en katod framställd av ett aktivt, negativt elektrodmaterial. Det kan ofta vara fördelaktigt att använda en me- kanisk separator mellan anoden och katoden för att förhindra tillfälliga kontakter mellan elektroderna som kan leda till kortslutning. När den polymera gelelektro- lyten enligt uppfmningen är tvärbunden och applicerad i ett batteri kan själva den polymera gelelektrolyten fungera som mekanisk separator i battericellen. Även om den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen kan användas som membran i en battericell kan den användas tvärbunden eller ej tvärbunden sedan fyllmedel för- delats eller sedan den kombinerats med en porös separator för fiamställning av en mekaniskt stabil komposit. Exempel på separatorer inkluderar glasfiberfilter, fi- berdukfilter framställda av fibrer av polymerer såsom polyester, teflon, polyflon, polypropen och polyeten och andra fiberdukfilter framställda av blandningar av glasfibrer och ovannänmda polymera fibrer.

De mekaniska egenskaperna hos den polymera elektrolyten enligt uppfimiingen kan förbättras genom att introducera tvärbindningar i polymerstrukturen t ex ter- miskt eller genom strålning inducerad radikalpolymerisation. Polymeriserbara re- aktiva grupper kan införas i polymerstrukturen genom reaktioner som utföres un- der eller efter syntesen av den amfifila polymeren. Ett exempel på en syntesproce- dur för införande av reaktiva grupper att i ett första steg använda glykolmetak- rylat som sammonomer under polymerisationen av den amfifila yrnpsampolyme- ren. I ett andra steg kopplas en allylgrupp till sampolymeren genom reaktionen mellan allylklordimetylsilan och hydroxylplatsen i sampolymeren. Resulterande sampolymer kan sedan härdas i elektrolytlösningen med användning av UV- strålning och t ex bensofenon som fotoinitiator. Härdning kan också åstadkommas med användning av en lösningsmedelbärare varvid lösningsmedlet avlägsnas innan elektrolytlösningen införes. Det finns ingen särskild begränsning vad gäller den kemiska förening som kan användas enligt uppfinningen för att införa tvärbind- ningar utan vilken som helst förening i stånd att undergå kemisk reaktion såsom termisk polymerisation eller polymerisation under aktivt ljus (fotopolymerisation) för fiamställning av tvärbindningar kan användas. 10 15 20 25 30 518 564 17 oo nan Bildningen av ett polymert elektrolytmembran utföres vanligen med användning av monomerer som har olika funktionalitet som kan polymeriseras och tvärbindas och samtidigt bilda ett stabilt polymemätverk i elektrolyten. Denna typ av fiam- ställningsmetod av en sampolymer och en elektrolyt ger emellertid ingen väldefi- nierad polymer struktur och polymerstrukturen kan inte optimeras för en given finiktion vid användning i t ex ett batteri. Med användning av en prepolymer med väl definierad struktur och tvärbindning utförd i elektrolyten som ett andra »steg ges möjligheten att funktionalisera polymeren gentemot ett givet syfte vid användning som polymergelelektrolyt såsom är visat enligt uppfinningen.

Exempel på positiva elektrodmaterial för användning i battericeller enligt uppfin- ningen inkluderar övergångsmetalloxider såsom V2O5, MnOz och C002, över- i gångsmetallsulfider såsom TiSz, MoSz och CozSs, övergångsmetallkalkogenföre- ningar och komplexa föreningar av dessa metallföreningar och Li (d v s Li- komplexoxider), såsom LiMnOz, LiMn2O4, LiCoOz, LiNiOz, LiCoxNinOz (0 < x < 1), LiMn2_,X,O4 och LiMn2_,_,,X,YbO4 (0 < a < 2,0 < b < 2, 0 < a+b < 2). Exempel på elektroledande material inkluderar endimensionella grafitutskilda produkter (termiska polymerisationsprodukter av organiska material), fluorkolväten, grafiter och elektroledande polymerer med en elektrisk konduktivitet ej understigande 104 S/cm, såsom polyanilin, polyimid, polypyrrol, polypyridin, polyfenylen, poly- acetylen, polyazulen, polyftalocyanin, poly-3-metyltiofen, och polydifenylbensidin och derivat av dessa ledande polymerer.

Exempel på negativa elektrodaktiva material för användning i battericell enligt uppfinningen inkluderar metalliska material såsom litium, litium-aluminium- legeringar, litium-tennlegeringar och litium-magnesiumlegeringar, kol (inklude- rande grafittyp och icke-grafittyp), kolborsubstituerade ämnen (BC2N) och inter- kalationsmaterial i stånd att innesluta litiumj on, såsom termoxid. Specifika exem- pel på kolsorter inkluderar kalcinerad grafit, kalcinerad harts, kalcinerad koks, kal- cinerade syntetiska polymerer och kalcinerade naturliga polymerer. Exempel på positiva strömavtagare för användning enligt uppfmningen inkluderar metallark, 10 15 20 25 30 e - . , .u 518 564 ïwïu: 2="=~¥ ßë i.. vmnibi; ¶~;“.,., .u .nu 18 metallfolier, metallnät, stansad metall, sträckmetall, metallpläterade fibrer, metalli- serade trådar och nät eller fiberduksvävar fiamställda av metall innehållande syn- tetiska fibrer. Exempel på metaller for användning for positiva strömavtagare in- kluderar rostfritt stål, guld, platina, nickel, aluminium, molybden och titan.

Battericellen enligt uppfinningen ger bättre j onkonduktivitet och ett batteri med stabilare elektrolyt. Passiveringsfenomenet förhindras vilket ger ett batteri med längre livslängd. Mängden använd mjukgörare eller lösningsmedel kan sänkas i den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen jämfört med konventionella po- lymera gelelektrolyter, vilket är en fördel med tanke på säkerheten eftersom mjuk- ningsmedlen är flyktiga komponenter. Skälet till att mindre mängd mjukgörare kan användas är den högre kondulctiviteten hos den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen och att etylenoxidkedjoma har en mjukande eñekt. Polymeren an- vänd i den polymera gelelektrolyten enligt uppfinningen kan också användas som bindemedel eller separator i ett batteri.

Uppfmningen avser även användningen av en battericell i en mobil kommunika- tionsanordning, såsom mobiltelefoner, personsökare och bärbara datorer.

Nedan återges några exempel som visar effekterna av den polymera gelelektrolyten enligt uppfmningen.

De ympsampolymerer som användes i exemplen syntetiserades genom radikalsarn- polymerisation med användning av monomerer och makromonomerer. Polymeri- sationsprocessen initierades med en radikalinitiator och utfördes vid konstant tem- peratur under kvävgasatrnosfar for att säkerställa en syrefii miljö. Efter syntesen filtrerades reaktionsblandningen for att avlägsna gelpartiklar innan kvarvarande monomerer togs bort. Ympsampolymererna karakteriserades med avseende på sin struktur medelst IH NMR. i 10 15 20 F ramställningsexempel av polymer för Exempel 1-3 Ympsampolymerema syntetiserades genom radikalpolyrnerisation med använd- ning av en makromonomer tillsammans med sammonomerer. Ympsampolymerer- na syntetiserades med användning av azobisisobutyronitril (AIBN) som radikalini- tiator. Till en trehalsad kolv försedd med omrörare tillsattes 3,3 g poly(etylenglykol) (Mn = 400) monometyletennetakrylat, l,l g metylmetakrylat och 6,5 g lH,lH,7H-dodekafluoroheptylmetalcrylat till 100 ml toluen. Till reak- tionsblandningen i den trehalsade kolven tillsattes 0,13 g AIBN. Radikalpolymeri- sationen utfördes vid en temperatur av 60°C under kvävgasatrnosfár under ca 15 timmar. Efter syntesen filtrerades reaktionsblandningen för avlägsnande av gelpar- tiklar innan kvarvarande monomerer avlägsnades. Ympsampolymerema utfálldes ' först i n-hexan för avlägsnande av fluoroalkylmonomer och efier torkning löstes fállningen i tetrahydrofuran (THF). Den andra falllningen utfördes i metanol och efter torkning lakades fállningaina i tur och ordning med destillerat vatten för av- lägsnande av PEO-makromonomerer. Slutligen kontrollerades renheten på ymp- sampolymerema med GPC genom att följa den minskade förekomsten av PEO- makromonomerer.

Genom NMR-analys framgick att den syntetiserade amfifila ympsampolymeren använd i Exempel 1-3 bestod av 32 vikt-% poly(etylenglykol) (Mn = 400) mono- mayietennetaiqylat, 10 vikt-M, merylmetaiqyiat och ss vikt-% 1H,1H,7H- dodekafluoroheptylmetakrylat. Detta innebar att y = 32, v = _10 och z = 58 och n = 9. En polymer med en struktur enligt följande erhölls: 10 20 vw: _, _.._...', . 518 564 =--'=,-*= =as s-:!.=-. g .I- io II 20 vari Rl = CH, Framställning av polymer för Exempel 4 Ympsampolymerema syntetiserades genom radikalpolymerisationsteknik med an- vändning av en makromonomer tillsammans med sammonomerer. Ympsampoly- merema syntetiserades med användning av azobisisobutyronitril (AIBN) som radi- kaliriitiator. Till en trehalsad kolv försedd med omrörare sattes 2,5 g poly(etylenglykol) (Mn = 400) monometyletermetakxylat och 8,4 g lH,lH,7H- dodekafluoroheptylmetakxylat sattes till 100 ml toluen. Till reaktionsblandningen i den trehalsade kolven tillsattes 0,13 g AIBN. Radikalpolymerisationerna utfördes vid 60°C under NZ under en tid av ca 15 timmar. Efter syntesen filtrerades reak- tionsblandningen för avlägsnande av gelpartilclar innan kvarvarande monomerer togs bort. Ympsampolymererna utfálldes först i n-hexan för avlägsnande av fluo- roallcylmonomeren och efter torkning löstes fällningen i tetrahydrofinan (THF).

Den andra fállningen utfördes i metanol och efter torkning löstes fállningania i tet- rahydrofiiran (THF). Den andra fállningen utfördes i metanol och efter torkning lakades fállningaxna i tur och ordning med destillerat vatten tör avlägsnande av - . - ø . nu 10 15 20 25 30 518 564 šall=šligšnjgïg .= '- 21 PEO-makromonomerer. Slutligen kontrollerades renheten på ympsampolymererna med GPC genom att lölj a den minskade förekomsten av PEO-makromonomerer.

Genom NMR-analys framgick att den syntetiserade amfifila ympsampolymeren använd i Exempel 4 bestod av 24 vikt-% poly(etylenglykol) (Mn = 400) monome- tyletennetalcrylat och 76 vikt-% 1H,1H,7H-dodekafluoroheptylrnetalcrylat Detta innebar att y = 24, v = 0, z = 76, n = 9, Rl = CH3 och Rz = CH2(CF2)6H.

Jonkondulctivitetsmätniingar Konduktiviteten hos polymera gelelektrolytprover mättes vid olika temperaturer inom ett givet fiekvensområde genom att proven placerades mellan två elektroder av guldpläterad rostfritt stål tillsammans med distansorgan med definierad tjocklek med användning av AC impedansmetoden för elektrokemisk impedanselektroskopi (EIS).

Exempel på polymergelelektrolyter Exempel 1 I en vattenfií blandning av etylenkarbonat och y-butyrolakton (viktíörhållande 2:1) löstes LiPFó i en koncentration av 1,0 mol per liter lösningsmedel. I denna elekt- rolytlösning löstes den amfifila ympsampolymeren i en mängd av 30 vikt-% för att ge en homogen polymergelelektrolyt. Den polymera gelelektrolyten infördes i den jonkonduktivitetmätande cellen. J onkonduktiviteten hos provet mättes till 2,5 mS/cm vid 20°C och 3,2 mS/cm vid 30°C.

Jamlörelseexempel 1 I samma elektrolytlösning som i Exempel 1 löstes 30 vikt-% poly(metyl- metalcrylat). Resulterande gel hade en jonkonduktivitet av 1,2 mS/cm vid 20°C och 1,7 mS/cm vid 30°C. 10 15 20 25 30 518 564 'l .: z -' '* 22 Exempel 2 I en vattenfii blandning av y-butyrolakton löstes LiPFó för erhållande av en lösning innehållande 1,0 mol per liter. I denna elektrolytlösning löstes den amfifila ymp- sampolymeren i en mängd av 30 vikt-% för erhållande av en homogen polymer- gelelektrolyt. Den polymera gelelektrolyten infördes i j onkonduktivitet-mätcellen.

J onkonduktiviteten hos provet uppmättes till 4,0 mS/cm vid 20°C och 1,0 mS/cm vid -20°C.

J ämfcirelseexempel 2 I samma elektrolytlösning som i Exempel 2 löstes 30 vikt-% poly(mety1- metakrylat). Resulterande gel uppvisade en jonkonduktivitet av 1,5 mS/cm vid 20°C och 0,3 mS/cm vid -20°C.

Exempel 3 I en vattenfri blandning av y-butyrolakton löstes LiN(CF3SO2)2 för erhållande av en koncentration av 1,0 mol per liter. I denna elektrolytlösning löstes den amfifila ympsampolymeren i en mängd av 30 vikt-% för erhållande av en homogen poly- mergelelektrolyt. Den polymera gelelektrolyten infördes i jonkonduktivitet- mätcellen. J onkonduktiviteten hos provet uppmättes till 2,5 mS/cm vid 25°C. Ä Som framgår av exemplen är j onkonduktiviteten mycket god hos den polymera gelen enligt uppfinningen. I Exempel 1 och 2 är resultatet bättre än för jämförelse-_ exemplen.

Exempel 4 I en vattenfri blandning av y-butyrolakton löstes LiPFó fór erhållande av en lösning innehållande 1,0 mol per liter. I denna elektrolytlösning löstes den amfifila ymp- u 1 . » v ; I. 10 15 20 25 130 518 564 23 sampolymeren i en mängd av 30 vikt-% för erhållande av en homogen polymer- gelelektrolyt. Gelelektrolyten infördes i jonkonduktivitet-mätcellen. Jonkondukti- viteten hos provet uppmättes till 4,0 mS/cm vid 20°C och 1,1 mS/cm vid -20°C.

Vid beräkning av total vikt-% poly(etylen)oxid i sampolymeren visade den sig vara 19 vikt-%.

J ämförelseexempel 4 Ympsampolymeren fiamställdes på samma sätt som i Exempel 4 men samman- sättningen var en annan och utgjordes av 39 vikt-% dietylenglykolrnonometyle- termetalcrylat och 61 vikt-% IH,1H,7H-dodekatluoroheptyhnetalaylat, d v s y = 39, v = 0, z = 61 och n = 2. Vid beräkning av total vikt-% poly(etylen)oxid i sam- polymeren befanns denna vara 18 vikt-%.

I en vattenfn' blandning av y-butyrolakton löstes LiPFó för erhållande av en lösning innehållande 1,0 mol per liter. I denna elektrolytlösning löstes den amfifila ymp- sampolymeren i en mängd av 30 vikt-% för erhållande av en homogen polymer- gelelektrolyt. Gelelektrolyten infördes ijonkondulctivitet-mätcellen. Jonkondukti- viteten hos provet uppmättes till 1,6 mS/cm vid 20°C.

Vid jämförelse av sampolymererna använda i Exempel 4 och Jämförelseexempel 4 framgår att sampolymeren i Jäniförelseexempel 4 har en struktur som faller inom ramen för uppfinningen förutom att n = 2. Enligt uppfinningen är n mellan 5 och 35. Vid jämförelse av total vikt-% poly(etylen)oxid i sampolymererna är denna emellertid ungefär densamma i båda sampolymererna men jonkonduktiviteten är mycket högre i sampolymeren när n = 9. Detta visar på betydelsen av längden på den hydrofila kedjan.

Den polymera elektrolyten enligt uppfinningen har mycket god jonkonduktivitet till följd av förbättrad saltdissociation och litiumjontransporttal och stabiliteten hos polymeren är mycket god. Dessutom ger den polymera elektrolytens morfologi en Q « » - . e» 51 3 564 šïï* 24 förbättrad kompatibilitet gentemot elektrodema vilket resulterar i minskade passi- veringsfenomen vid elektrodytoma. När den polymera elektrolyten användes i ett hatten' ger stabiliteten en längre batterilivslängd och en god konduktivitet, som gynnar batterikapaciteten.

Claims (23)

518 564 25 patentkrav

1. Polymer elektrolyt innefattande en polymer, ett metallsalt, och eventuellt åtminstone en mjukgörare eller ett lösningsmedel, kännetecknad av att polymeren är en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja uppbârande hydrofila och hydrofoba ympar bundna till olika kolatomer i huvudkedjan, varvid de hydrofoba ymparna innefattar fluorerade alkylkedjor eller fluorerade arylkedj or.

2. Polymer elektrolyt enligt kravet l, kännetecknad av att huvudkedjan i polymeren är polyakrylat eller polymetakrylat.

3. Polymer elektrolyt enligt kravet 2, kännetecknad av att de hydrofila ymparna innefattar oligo(etenoxid)kedjor.

4. Polymer elektrolyt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att polymeren har följande struktur: 'P aa o\ ,o Og ,o \ *i “F 52"” fificnå-cfiz-ßcuz-cl: V cflä-efià CH3 CH3 C x o/f \o-{-cH¿-cH2-o-]n-R1 varvid: o z, y och v avser sammansättningen som viktprocent av polymerens totala vikt, tvärdet av z kan variera från 5 till 90 viktprocent, y är i intervallet fiån 5 till 95 viktprocent och v är i intervallet fiån 0 till 90 viktprocent; n n är ett heltal med ett värde i intervallet 5 till 35 och 51 3 564 gi: ..:'=-'.=-.ï 26 R1 väljs från gruppen bestående av en alkylgrupp, företrädesvis CM-alkyl R2 väljs från gruppen bestående av fluorerad Cmo-alkyl. .

5. Polymer elektrolyt enligt kravet 4, kännetecknad av att värdet av z kan variera från 10 till 80 viktprocent, y är i intervallet 10 till 90 viktprocent, v är i intervallet 0 till 50 viktprocent och R2 väljs från gruppen bestående av en fluorerad CMO-alkyl. .

6. Polymer elektrolyt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att metallsaltet är ett litiumsalt. .

7. Polymer elektrolyt enligt kravet 6, kännetecknad av att litiumsaltet väljs från en grupp bestående av LiPFfi, LiAsFó, LiBF4, LiClO4, LiN(CF3SO2)2 och litiumsalter av perfluoro-sulfonatfamiljen såsom LiSO3CF3, LiSO3(CF2)3CF3 och LiSO3(CF2)9CH3. .

8. Polymer elektrolyt enligt kravet 7, kännetecknad av att elektrolyten är tvärbunden. .

9. Polymer elektrolyt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att elektrolyten är en polymer gelelektrolyt och innehåller åtminstone en mjukgörare eller ett lösningsmedel.

10. Polymer elektrolyt enligt något av kraven 1 till 8, kännetecknad av att elektrolyten är en fast polymer elektrolyt och innehåller inte någon mjukgörare eller något lösningsmedel.

11. Polymer battericell innefattande en katod, en anod och en polymer elektrolyt innefattande ett metallsalt, en polymer och eventuellt åtminstone en mjukgörare eller ett lösningsmedel, kännetecknad av att polymeren är en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja uppbärande hydrofila och hydrofoba » - . . no u o 518 564 27 ympar bundna till olika kolatomer i huvudkedjan, varvid de hydrofoba ymparna innefattar fluorerade alkylkedjor eller fluorerade arylkedj or.

12. Polymer battericell enligt kravet 11, kännetecknad av att huvudkedjan i polymeren är polyakrylat eller polymetakrylat.

13. Polymer battericell enligt kravet 12, kännetecknad av att de hydrofila yrnpama innefattar oligo(etenoxid)kedjor.

14. Polymer litiumbattericell enligt något av kraven ll till 13, kännetecknad av att polymeren har följande struktur: ä” çHs \ O O\ç,O Qç/O cfHa ”RCHYQiYkCHïQÅV-fcllrffiï* CH3 CHS //C\ o o-l-cHz-cHz-ofln-im varvid: o z, y och v avser sammansättningen som viktprocent av polymerens totala vikt, värdet av z kan variera från 5 till 90 viktprocent, y är i intervallet fiån 5 till 95 viktprocent och v är i intervallet från O till 90 viktprocent; 0 n är ett heltal med ett värde i intervallet 5 till 35 och o RI väljs från gruppen bestående av en alkylgrupp, företrädesvis CLS-alkyl v R2 väljs från gruppen bestående av fluorerad Cmo-alkyl. n | | a o - hl . . . . .o 518 564 28

15. Polymer battericell enligt kravet 14, kännetecknad av att värdet av z kan variera från 10 till 80 viktprocent, y är i intervallet 10 till 90 viktprocent, v är i intervallet 0 till 50 viktprocent och R2 väljs från gruppen bestående av en fluorerad CMO-alkyl.

16. Polymer battericell enligt något av kraven 11 till 15, kännetecknad av att metallsaltet är ett litiumsalt.

17. Polymer battericell enligt kravet 16, kännetecknad av att litiumsaltet väljs från en grupp bestående av LiPFó, LiAsFó, LiBF4, LiClO4, LiN(CF3SO2)2 och litiumsalter av perfluoro-sulfonatfamiljen såsom LiSO3CF3, LiSO3(CF2)3CF3 och LiSO3(CF2)9CH3.

18. Polymer battericell enligt kravet 17, kännetecknad av att elektrolyten är tvärbunden.

19. Polymer battericell enligt något av kraven ll till 18, kännetecknad av att elektrolyten är en polymer gelelektrolyt och innehåller åtminstone en mjukgörare eller ett lösningsmedel.

20. Polymer battericell enligt något av kraven 11 till 18, kännetecknad av att elektrolyten är en fast polymer elektrolyt och innehåller inte någon mjukgörare eller något lösningsmedel.

21. Förfarande för framställning av en polymer elektrolyt enligt något av kraven 1 till 9, kännetecknat av att ett vattenfritt salt löses i åtminstone ett första vattenfritt lösningsmedel eller en mjukgörare bildande en första lösning och att en amfifil ympsampolymer innefattande en huvudkedja uppbärande hydrofila och hydrofoba yrnpar bundna till olika kolatomer i huvudkedjan, varvid de hyrdofoba ympama innefattar fluorerade alkylkedjor eller fluorerade arylkedj or, antingen ~ I n n .o n a .o :ao 518 564 29 1) löses i den första lösningen bildande en polymer gelelektrolyt eller 2) löses i åtminstone ett andra lösningsmedel eller mjukgörare bildande en andra lösning vilken blandas med den första lösningen, varefter lösningsmedlet långsamt förångas, bildande en fast polymer elektrolyt.

22. Användning av en polymer elektrolyt enligt något av kraven 1-10, som elektrolyt i batterier, kondensatorer, sensorer, elektrokroma anordningar och halvledar- anordningar.

23. Användning av en battericell enligt något av kraven 11-20 i en mobil kommunikationsanordning, såsom en mobiltelefon, personsökare och bärbar dator.