WO2023002229A1 - Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона - Google Patents

Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона Download PDF

Info

Publication number
WO2023002229A1
WO2023002229A1 PCT/IB2021/000701 IB2021000701W WO2023002229A1 WO 2023002229 A1 WO2023002229 A1 WO 2023002229A1 IB 2021000701 W IB2021000701 W IB 2021000701W WO 2023002229 A1 WO2023002229 A1 WO 2023002229A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polysulfone
solution
organic solvent
obtaining
methylpyrrolidone
Prior art date
Application number
PCT/IB2021/000701
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виталий Александрович ГОВОРОВ
Гульбаршин Кожахметовна ШАМБИЛОВА
Александр Яковлевич МАЛКИН
Игорь Владимирович ГУМЕННЫЙ
Валентина Еркиновна МАХАТОВА
Меирбек Жусупбекович НАУКЕНОВ
Original Assignee
Некоммерческое Акционерное Общество "Атырауский Университет Имени Х.Досмухамедова"
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 Некоммерческое Акционерное Общество "Атырауский Университет Имени Х.Досмухамедова" filed Critical Некоммерческое Акционерное Общество "Атырауский Университет Имени Х.Досмухамедова"
Priority to PCT/IB2021/000701 priority Critical patent/WO2023002229A1/ru
Publication of WO2023002229A1 publication Critical patent/WO2023002229A1/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
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1399—Processes of manufacture of electrodes based on electro-active polymers
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the electrical industry and can be used in chemical current sources (lithium and sodium batteries, vanadium fuel cells) to obtain cathode and anode masses, a polysulfone film used as a solid electrolyte, an ion-conducting membrane and a separator, and also for the manufacture of a cathode and anode materials.
  • chemical current sources lithium and sodium batteries, vanadium fuel cells
  • a polysulfone film used as a solid electrolyte
  • an ion-conducting membrane and a separator and also for the manufacture of a cathode and anode materials.
  • a known method for producing ion-conductive polymers disclosed in the article Synthesis of ion-conductive polymers by radical polymerization of deep eutectic monomers bearing quaternary ammonium groups with urea.
  • the method includes the interaction of methacroylcholine chloride with urea at a ratio of 1:2M at a temperature of 80°C for an hour.
  • the disadvantage of this method is the rather low ionic conductivity of the material, which does not allow the creation of powerful batteries with a high charge rate, as well as the poor physical and mechanical properties of the material, which do not allow the production of uniformly thin films.
  • a method for producing a solid electrolyte consisting of a polymer matrix in the form of a polysulfone and an inorganic ionic lithium salt is known from the prior art, disclosed in RU 2190902 C1, publ. 02/10/2002, prototype.
  • the disadvantage of the technical solution disclosed above is the low ionic conductivity of the solid electrolyte, which does not allow creating powerful batteries with a high charge rate.
  • the objective of the claimed invention is to obtain a material with high ionic conductivity and to produce a solid polymer electrolyte based on this material, which can be used for the manufacture of lithium current sources, sodium current sources and vanadium fuel cells.
  • the technical result of the invention is an increase in the specific capacity and the number of charge/discharge cycles of chemical current sources.
  • This technical result is achieved due to the fact that the method of obtaining a solid electrolyte for chemical current sources in the form of a polysulfone film includes the following steps: a) obtaining a polysulfone solution with a concentration of 350 to 500 g/l in an organic solvent selected from the group: n- methylpyrrolidone and dimethylacetamide, by dissolving the polysulfone with stirring in an organic solvent, and using an organic solvent with a water concentration of less than 50 ppm.
  • a polysulfone film which includes supplying the polysulfone solution obtained in step a) into a gap of 0.05-0.2 mm between two layers of polyamide films and pulling the layers of polyamide films with the solution through rollers heated to a temperature of 90-130°C , followed by vacuum drying at a temperature of 80-110°C and a pressure of 0.001-0.01 atm and separation of polyimide films from the surface of the polysulfone film.
  • an inorganic powder of a fraction of 0.3-0.8 ⁇ m is additionally added in an amount of 10-12 vol. %, followed by mixing until a homogeneous state, and layered lithium aluminosilicates, titanium oxide, lithium titanate are used as an inorganic powder.
  • the method of obtaining a cathode mass for chemical current sources includes the following steps: a) obtaining a solution of polysulfone with a concentration of 3 to 3.7 wt. % in an organic solvent - n-methylpyrrolidone, by dissolving the polysulfone in n-methylpyrrolidone with stirring;
  • step B) obtaining a cathode mass by adding an inorganic powder in an amount of 60-65 wt. % of the solvent content and a fraction of 0.3-0.8 ⁇ m into a solution of polysulfone obtained in step a), followed by mixing in a vacuum mixer at a pressure of 0.001-0.01 atm for 40-60 minutes, moreover, as an inorganic powder Lithium cobaltate, mixed lithiated nickel and manganese cobalt oxide, mixed lithiated cobalt and nickel oxide are used.
  • the cathode for chemical current sources contains a polysulfone film obtained by the method disclosed above, on the surface of which the cathode mass obtained by the method disclosed above is successively deposited with a thickness of 30-50 ⁇ m and a current collector in the form of a layer of metal powder of the selected from the group of copper, aluminum, gold with a thickness of 0.1-0.5 microns.
  • the method of obtaining an anode mass for chemical current sources includes the following steps: a) obtaining a solution of polysulfone with a concentration of 3 to 3.7 wt. % in an organic solvent - n-methylpyrrolidone, by dissolving the polysulfone in n-methylpyrrolidone with stirring;
  • step B) obtaining the anode mass by adding an inorganic powder to the polysulfone solution obtained in step a), followed by mixing in a vacuum mixer at a pressure in the range of 0.001-0.01 atm for 40-60 minutes, and carbon material is used as the inorganic powder SuperP, KS-6 carbon material, lithium titanate.
  • Carbon materials in step b) are added in the amount of May 20-30. % of the solvent content, while carbon materials are added in the form of a mixture of two fractions of 50-150 nm and 1-5 ⁇ m.
  • Lithium titanate with a particle size of 0.3-0.8 ⁇ m in step b) is added in an amount of 50-60 May. % of solvent content
  • the anode for chemical power sources contains a polysulfone film obtained by the above mentioned method, on the surface of which the anode mass obtained by the method disclosed above is successively applied, with a thickness of 30-50 microns and a current collector in the form of a layer of metal powder of the selected from the group of copper, aluminum, gold with a thickness of 0.1-0.5 microns.
  • the claimed invention relates to a method for producing a solid electrolyte for chemical power sources in the form of a polysulfone film, which includes the following steps: a) obtaining a polysulfone solution with a concentration of 350 to 500 g/l in an organic solvent selected from the group: n-methylpyrrolidone and dimethylacetamide, by dissolving the polysulfone with stirring with a vertical stirrer at a speed of 50-100 rpm in an organic solvent, and using an organic solvent with a water concentration of less than 50 ppm.
  • a polysulfone film which includes supplying the polysulfone solution obtained in step a) into a gap of 0.05-0.2 mm between two layers of polyamide films and pulling the layers of polyamide films with the solution through rollers heated to a temperature of 90-130°C , followed by vacuum drying at a temperature of 80-110°C and a pressure of 0.001-0.01 atm and separation of polyimide films from the surface of the polysulfone film.
  • An inorganic powder of a fraction of 0.3-0.8 ⁇ m is additionally added to the solution of the polysulfone obtained in step a) in the amount of 10-12 vol. %, followed by mixing until a homogeneous state, and layered lithium aluminosilicates, titanium oxide, lithium titanate are used as an inorganic powder.
  • an organic solvent with a water concentration of less than 50 ppm the following mandatory operations are carried out:
  • the electrolyte obtained in this way will be the supporting structural element of the entire battery, and this allows you to create a flexible battery, the thickness of the electrolyte film is 2-10 microns. Also, there will be no liquid in the electrolyte. This will ensure that, in the event of mechanical damage, the cell will not fail and no toxic and flammable liquid electrolyte will flow out of it.
  • the microstructure of the film based on polysulfone is controlled. The control of the microstructure is carried out due to the introduced additives, both organic plasticizers and inorganic fillers, as well as surfactants. This increases the permeability of the polymer film, its flexibility and tensile strength.
  • control of the microstructure of electrolyte films is carried out by selecting the conditions for forming the film and the conditions for its drying from the solvent. This provides a certain level of film porosity and additionally affects its ion permeability.
  • the proposed solid electrolyte has an increased ionic conductivity at room and low temperatures.
  • the claimed invention also relates to a method for producing a cathode mass for chemical current sources, which includes the following steps: a) obtaining a polysulfone solution with a concentration of 3 to 3.7 wt. % in an organic solvent - n-methylpyrrolidone, by dissolving the polysulfone in n-methylpyrrolidone with stirring with a vertical stirrer at a speed of 500-800 rpm;
  • step B) obtaining a cathode mass by adding an inorganic powder in an amount of 60-65 wt. % of the solvent content and a fraction of 0.3-0.8 ⁇ m into a solution of polysulfone obtained in step a), followed by mixing in a vacuum mixer at a pressure of 0.001-0.01 atm for 40-60 minutes, moreover, as an inorganic powder Lithium cobaltate, mixed lithiated nickel and manganese cobalt oxide, mixed lithiated cobalt and nickel oxide are used.
  • additives are introduced, a mixture of nonionic ethoxylated alcohols that improve the wetting of the inorganic powder, in an amount of 1 May. % of the content of the cathode mass and additives, such as carbon materials based on carbon black grade SuperP and graphite grade KS-6, which increase the volumetric electrical conductivity and capacity of the cathode mass, in the amount of 2-3 May. % of the content of the cathode mass.
  • the claimed method for obtaining a cathode mass excludes the formation of a boundary between the electrolyte and electrodes, i.e.
  • the claimed invention also relates to a cathode, which contains a polysulfone film obtained by the method disclosed above, on the surface of which the cathode mass obtained by the above disclosed method, with a thickness of 30-50 microns, and a current collector in the form of a layer of metal particles with a size of 50-100 nm selected from the group copper, aluminum, gold 0.1-0.5 microns thick.
  • the claimed invention also relates to a method for producing an anode mass for chemical current sources, which includes the following steps: a) obtaining a polysulfone solution with a concentration of 3 to 3.7 wt. % in an organic solvent - n-methylpyrrolidone, by dissolving polysulfone (granule size 1-3 mm) in n-methylpyrrolidone with stirring with a vertical stirrer at a speed of 500-800 rpm;
  • step B) obtaining the anode mass by adding an inorganic powder to the polysulfone solution obtained in step a), followed by mixing in a vacuum mixer at a pressure in the range of 0.001-0.01 atm for 40-60 minutes, and carbon material is used as the inorganic powder SuperP, KS-6 carbon material, lithium titanate.
  • Carbon materials in step b) are added in the amount of May 20-30. % of the solvent content, while carbon materials are added as a mixture of two fractions 50-150 nm 10-15 wt.% and 1-5 ⁇ m 85-90 wt.%.
  • Lithium titanate fraction 0.3-0.8 ⁇ m in step b) is added in the amount of 50-60 May. % of solvent content.
  • additives are introduced (a mixture of nonionic surfactants based on ethoxylated alcohols) that improve the wetting of the inorganic powder in an amount of 1 May. % of the content of the anode mass and additives (carbon black SuperP), increasing the volumetric electrical conductivity and capacity of the anode mass in the amount of 3 May. % of the content of the anode mass.
  • the claimed method for producing the anode mass excludes the formation of a boundary between the electrolyte and the electrodes, i.e. instead of a clear boundary, a concentration gradient of the active component of the anode appears, which leads to a significant decrease in the diffusion potential at the electrode–electrolyte boundary and a significant decrease in ohmic losses in the cell, which increase the characteristics of chemical current sources.
  • the claimed invention also relates to an anode for chemical current sources, which contains a polysulfone film obtained by the above method, on the surface of which the anode mass obtained by the above method, with a thickness of 30-50 microns, and a current collector in the form of a layer of metal particles with a size of 50-100 nm selected from the group of copper, aluminum, gold with a thickness of 0.1 -0.5 microns.
  • a method for producing a solid electrolyte for a lithium battery in the form of a polysulfone film is carried out as follows.
  • a 350 g/L polysulfone solution was prepared in the organic solvent n-methylpyrrolidone by dissolving the polysulfone while stirring with a vertical stirrer at a speed of 50 rpm, using an organic solvent with a water concentration of less than 50 ppm.
  • a polysulfone film is carried out, including the supply of the resulting polysulfone solution into a gap of 0.05 mm between two layers of polyamide films and pulling the layers of polyamide films with the solution through rollers heated to a temperature of 90°C.
  • a polysulfone film is formed, located between two layers of polyimide films.
  • the polysulfone film located between two layers of polyamide films is supplied to vacuum drying at a temperature of 80 ° C and a pressure of 0.01 atm, after which the polyamide films are separated from the surface of the polysulfone film, which is wound on a drum, thereby ensuring the stretching of the film from the specified shafts.
  • the resulting solid electrolyte has the following parameters: thickness 10 ⁇ m, ionic conductivity 0.1 S/m, tensile strength 2-4 MPa.
  • the lithium battery using the obtained solid electrolyte has the following characteristics: the number of charge/discharge cycles without noticeable degradation is 100.
  • Example 2 is similar to example 1, except that when obtaining a solution of polysulfone, an inorganic powder of a fraction of 0.3 ⁇ m is additionally added in an amount of 10 vol. % of the volume of the polysulfone solution, followed by stirring until a homogeneous state, and titanium oxide is used as an inorganic powder.
  • the resulting solid electrolyte has the following parameters: thickness 10 ⁇ m, ionic conductivity 2 S/m, tensile strength 0.5 MPa.
  • the lithium battery using the obtained solid electrolyte has the following characteristics: the number of charge/discharge cycles without noticeable degradation is 100.
  • Example 3 is similar to example 1, except that a polysulfone solution with a concentration of 500 g/l is obtained, this solution is obtained with stirring initial components while stirring with a vertical stirrer at a speed of 75 rpm, a polysulfone solution is fed into a gap of 0.1 mm between two layers of polyamide films, the shafts are heated to a temperature of 110°C, vacuum drying is carried out at a temperature of 95°C and a pressure of 0.005 atm .
  • the resulting solid electrolyte has the following parameters: thickness 2-5 ⁇ m, ionic conductivity 0.5 S/m, tensile strength 0.1 MPa.
  • the lithium battery using the obtained solid electrolyte has the following characteristics: the number of charge/discharge cycles without noticeable degradation is 100.
  • Example 4 is similar to example 1, except that a polysulfone solution with a concentration of 500 g/l is obtained, this solution is obtained by mixing the starting components while stirring with a vertical stirrer at a speed of 100 rpm, the polysulfone solution is fed into a gap of 0.2 mm between two layers of polyimide films, the rollers are heated to a temperature of 130°C, vacuum drying is carried out at a temperature of 110°C and a pressure of 0.001 atm.
  • the resulting solid electrolyte has the following parameters: thickness 10 ⁇ m, ionic conductivity 0.05 S/m, tensile strength 2 MPa.
  • the lithium battery using the obtained solid electrolyte has the following characteristics: the number of charge/discharge cycles without noticeable degradation is 100.
  • the method for obtaining a cathode mass for chemical current sources includes the following steps.
  • a polysulfone solution with a concentration of 3.7 wt. % in n-methylpyrrolidone by dissolving the polysulfone in n-methylpyrrolidone with stirring with a vertical stirrer at a speed of 800 rpm.
  • an inorganic powder lithium cobalt
  • an inorganic powder with a particle size of 0.8 ⁇ m is added to the resulting polysulfone solution in an amount of 60 wt. % of the solvent content, followed by stirring in a vacuum mixer at a pressure of 0.001 atm for 60 minutes.
  • the result is a cathode mass containing 60 May. % lithium cobaltate and polysulfone - the rest.
  • a cathode mass 30 ⁇ m thick is applied to the polysulfone film obtained in example 1, after which vacuum drying is carried out at a temperature of 80°C and a pressure of 0.01 atm. Then, on the surface of the dried cathode mass is applied, for example, by spraying, a layer of metallic copper powder with a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • the lithium battery using the obtained cathode has the following characteristics: specific capacity 140 mAh per g, number of charge/discharge cycles 100.
  • Example 6 is similar to example 5, except that a polysulfone solution with a concentration of 3.3 wt. % with stirring with a vertical mixer at a speed of 650 rpm. Lithium cobalt with a particle size of 0.5 ⁇ m is added to the polysulfone solution in an amount of 62 wt. % of the solvent content, followed by stirring in a vacuum mixer at a pressure of 0.005 atm for 50 minutes. The result is a cathode mass containing 62 May. % lithium cobaltate and polysulfone - the rest.
  • a cathode mass with a thickness of 40 ⁇ m is applied, vacuum drying is carried out at a temperature of 95°C and a pressure of 0.005 atm.
  • a layer of metallic copper powder 0.3 ⁇ m thick is applied to the surface of the dried cathode mass.
  • a lithium battery using the obtained cathode has the following characteristics: specific capacity is 140 mAh per g, the number of charge / discharge cycles is 100.
  • Example 7 is similar to example 5, except that a polysulfone solution with a concentration of 3 wt. % with stirring with a vertical mixer at a speed of 500 rpm. Lithium cobalt with a particle size of 0.3 ⁇ m is added to the polysulfone solution in an amount of 60 wt. % of the solvent content, followed by stirring in a vacuum mixer at a pressure of 0.01 atm for 40 minutes. The result is a cathode mass containing 60 May. % lithium cobaltate and polysulfone - the rest.
  • a cathode mass with a thickness of 30 ⁇ m is applied, vacuum drying is carried out at a temperature of 80°C and a pressure of 0.01 atm.
  • a layer of metallic copper powder 0.1 ⁇ m thick is applied to the surface of the dried cathode mass.
  • a lithium battery using the obtained cathode has the following characteristics: specific capacity is 150 mAh per g, the number of charge / discharge cycles is 100.
  • the method of obtaining the anode mass for chemical current sources includes the following steps.
  • a polysulfone solution with a concentration of 3.7 wt. % in n-methylpyrrolidone by dissolving the polysulfone in n-methylpyrrolidone with stirring with a vertical stirrer at a speed of 800 rpm.
  • an inorganic powder lithium titanate
  • an inorganic powder with a particle size of 0.8 ⁇ m is added to the resulting polysulfone solution in an amount of 60 wt. % of the solvent content, followed by mixing in a vacuum mixer at pressure, 0.001 atm for 60 min.
  • the result is an anode mass containing 60 May. % lithium titanate and polysulfone - the rest.
  • anode To obtain the anode, the following operations are carried out. On the polysulfone film obtained according to example 1, an anode mass with a thickness of 30 ⁇ m is applied, after which vacuum drying is carried out at a temperature of 80°C and a pressure of 0.01 atm. Then, on the surface of the dried anode mass is applied, for example, by spraying, a layer of metallic copper powder with a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • the lithium battery using the obtained anode has the following characteristics: the specific capacity is 140 mAh per g, the number of charge/discharge cycles is 100.
  • Example 9 is similar to example 8, except that a polysulfone solution with a concentration of 3.3 wt. % with stirring with a vertical mixer at a speed of 650 rpm. Lithium titanate with a particle size of 0.5 ⁇ m is added to the polysulfone solution in an amount of 62 wt. % of the solvent content, followed by stirring in a vacuum mixer at a pressure of 0.005 atm for 50 minutes. The result is an anode mass containing 62 May. % lithium titanate and polysulfone - the rest.
  • an anode mass 40 ⁇ m thick is applied, vacuum drying is carried out at a temperature of 95°C and a pressure of 0.005 atm.
  • a layer of metallic copper powder with a thickness of 0.3 ⁇ m is applied to the surface of the dried anode mass.
  • the lithium battery using the obtained anode has the following characteristics: the specific capacity is 140 mAh per g, the number of charge/discharge cycles is 100.
  • Example 10 is similar to example 8, except that a polysulfone solution with a concentration of 3 wt. % with stirring with a vertical mixer at a speed of 500 rpm. Lithium titanate with a particle size of 0.3 ⁇ m is added to the polysulfone solution in an amount of 60 wt. % of the solvent content, followed by stirring in a vacuum mixer at a pressure of 0.01 atm for 40 minutes. The result is an anode mass containing 60 May. % lithium titanate and polysulfone - the rest.
  • an anode mass 30 ⁇ m thick is applied, vacuum drying is carried out at a temperature of 80°C and a pressure of 0.01 atm.
  • a layer of metallic copper powder 0.1 ⁇ m thick is applied to the surface of the dried anode mass.
  • the lithium battery using the obtained anode has the following characteristics: specific capacity is 140 mA * h per g, the number of charge / discharge cycles is 100.
  • Example 11 is similar to example 8, except that in the manufacture of the anode paste, SuperP carbon material of two fractions of 100 nm and 3 ⁇ m with a particle size of 25 wt. % of solvent content.
  • a lithium battery using the obtained anode has the following characteristics: a specific capacity of 140 mA * h per g, the number of charge/discharge cycles is 100.
  • the claimed invention makes it possible to increase the characteristics of lithium and sodium batteries, as well as vanadium fuel cells, by 10% in comparison with the known ones.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, к способам получения твердого электролита в виде пленки из полисульфона, активных масс катода и анода для использования в химических источниках тока (ХИТ). Техническим результатом является повышение удельной емкости и количества циклов заряда/разряда ХИТ. Способ получения твердого электролита в виде пленки полисульфона включает следующие этапы: а) получение раствора полисульфона с концентрацией от 350 до 500 г/л в органическом растворителе, выбранном из группы: н-метилпирролидона и диметилацетамида, путем растворения полисульфона при перемешивании в органическом растворителе, причем используют органический растворитель с концентрацией воды менее 50 ppm; b) формирование пленки полисульфона, включающей подачу раствора полисульфона, полученного на этапе а), в зазор 0,05- 0,2 мм между двумя слоями полимидных пленок и протягивание слоев полимидных пленок с раствором через валы, нагретые до температуры 90-130°С, с последующей вакуумной сушкой при температуре 80-110°С и давлении 0,001-0,01 атм и отделением полимидных пленок с поверхности пленки полисульфона.

Description

Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в химических источниках тока (литиевые и натриевые батареи, ванадиевые топливные элементы) для получения катодных и анодных масс, пленки из полисульфона, используемая в качестве твердого электролита, ионопроводящей мембраны и сепаратора, а также для изготовления катодного и анодного материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ получения ионопроводящих полимеров, раскрытый в статье Synthesis of ion-conductive polymers by radical polymerization of deep eutectic monomers bearing quaternary ammonium groups with urea. Keiko Ajino AyakaTorii Hideyuki Ogawaa Hideharu Mori Polymer, Volume 204, 9 September 2020. Способ включает взаимодействие метакроилхолина хлорида с мочевиной при соотношении 1:2М при температуре 80°С в течение часа.
Недостатком способа является достаточно низкая ионная проводимость материала, что не позволяет создать мощные батареи с высокой скоростью заряда, а также плохие физико-механические свойства материала, которые не позволяют изготовить равномерно тонкие пленки.
Кроме того, из уровня техники известен способ получения твердого электролита, состоящий из полимерной матрицы в виде полисульфона и неорганической ионогенной соли лития, раскрытый в RU 2190902 С1, опубл. 10.02.2002, прототип. Способ включает следующие этапы: порошки полисульфона и соли лития растворяют в диметилацетамиде, тщательно перемешивают, выливают в изложницу с тефлоновым покрытием и выдерживают в сушильном шкафу при t=100±5°C до получения пленки толщиной 10-50 мкм.
Недостатком раскрытого выше технического решения является низкая ионная проводимость твердого электролита, что не позволяет создать мощные батареи с высокой скоростью заряда.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является получить материал с высокой ионной проводимостью и изготовить на основе этого материала твердополимерный электролит, который может быть использован для изготовления литиевых источников тока, натриевых источников тока и ванадиевых топливных элементов.
Техническим результатом изобретения повышение удельной емкости и количество циклов заряда/разряда химических источников тока. Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения твердого электролита для химических источников тока в виде пленки полисульфона, включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 350 до 500 г/л в органическом растворителе, выбранном из группы: н-метилпирролидона и диметилацетамида, путем растворения полисульфона при перемешивании в органическом растворителе, причем используют органический растворитель с концентрацией воды менее 50 ppm. b) формирование пленки полисульфона, включающей подачу раствора полисульфона, полученного на этапе а), в зазор 0,05-0,2 мм между двумя слоями полимидных пленок и протягивание слоев полимидных пленок с раствором через валы, нагретые до температуры 90-130°С, с последующей вакуумной сушкой при температуре 80-110°С и давлении 0,001-0,01 атм и отделением полимидных пленок с поверхности пленки полисульфона.
В раствор полисульфона, полученного на этапе а), дополнительно добавляют неорганический порошок фракции 0,3-0, 8 мкм в количестве 10-12 об. %, с последующим перемешиванием до гомогенного состояния, причем в качестве неорганического порошка применяют слоистые алюмосиликаты лития, оксид титана, титанат лития.
Указанный технический результат достигается также за счет, того что способ получения катодной массы для химических источников тока включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н- метилпирролидоне при перемешивании;
B) получение катодной массы путем добавление неорганического порошка в количестве 60-65 вес. % от содержания растворителя и фракции 0,3-0, 8 мкм в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют кобальтат лития, смешанный литированный оксид кобальта никеля и марганца, смешанный литированный оксид кобальта и никеля.
Указанный технический результат достигается также за счет, того что катод для химических источников тока содержит пленку полисульфона, полученную раскрытым выше способом, на поверхность которой последовательно нанесены катодная масса, полученная раскрытым выше способом, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя порошка металла выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0, 1-0,5 мкм.
Указанный технический результат достигается также за счет, того что способ получения анодной массы для химических источников тока включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н- метилпирролидоне при перемешивании;
B) получение анодной массы путем добавление неорганического порошка в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении в пределе 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют углеродный материал SuperP, углеродный материал KS-6, титанат лития.
Углеродные материалы на этапе Ь) добавляют в количестве 20-30 мае. % от содержания растворителя, при этом углеродные материалы добавляют в виде смеси двух фракции 50-150 нм и 1-5 мкм.
Титанат лития с размером частиц 0,3-0, 8 мкм на этапе Ь) добавляют в количестве 50-60 мае. % от содержания растворителя
Указанный технический результат достигается также за счет, того что анод для химических источников тока содержит пленку полисульфона, полученную выше указанным способом, на поверхность которой последовательно нанесены анодная масса, полученная раскрытым выше способом, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя порошка металла выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0, 1-0,5 мкм.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявленное изобретение относится к способу получения твердого электролита для химических источников тока в виде пленки полисульфона, который включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 350 до 500 г/л в органическом растворителе, выбранном из группы: н-метилпирролидона и диметилацетамида, путем растворения полисульфона при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 50-100 об/мин в органическом растворителе, причем используют органический растворитель с концентрацией воды менее 50 ppm. b) формирование пленки полисульфона, включающей подачу раствора полисульфона, полученного на этапе а), в зазор 0,05-0,2 мм между двумя слоями полимидных пленок и протягивание слоев полимидных пленок с раствором через валы, нагретые до температуры 90-130°С, с последующей вакуумной сушкой при температуре 80-110°С и давлении 0,001-0,01 атм и отделением полимидных пленок с поверхности пленки полисульфона.
В раствор полисульфона, полученного на этапе а) дополнительно добавляют неорганический порошок фракции 0,3-0, 8 мкм в количестве 10-12 об. %, с последующим перемешиванием до гомогенного состояния, причем в качестве неорганического порошка применяют слоистые алюмосиликаты лития, оксид титана, титанат лития. Для изготовления органического растворителя с концентрацией воды менее 50 ppm осуществляют следующие обязательные операции:
1. удаление из растворителя воды при помощи перегонки;
2. адсорбирование остатков воды с помощью неорганических гранулированных адсорбентов, например цеолит марки КА ЗА.
Полученный таким способом электролит будет являться несущим элементом конструкции всей батареи и это позволяет создать гибкую батарею, толщина пленки электролита составляет 2-10 мкм. Также в электролите будет отсутствовать жидкость. Это приведет к тому, что при механическом повреждении ячейка не будет выходить из строя и из нее не будет вытекать токсичный и легковоспламяенимый жидкий электролит. При изготовлении контролируется микроструктура пленки на основе полисульфона. Контроль микроструктуры осуществляется за счет вводимых добавок, как органических пластификаторов, так и неорганических наполнителей, так и поверхностно активных веществ. За счет этого увеличивается проницаемость полимерной пленки, ее гибкость и прочность на разрыв. Также контроль микроструктуры пленок электролитов осуществляется за счет подбора условий формования пленки и условий ее сушки от растворителя. Это обеспечивает определенный уровень пористости пленки и дополнительно влияет на ее проницаемость для ионов. Кроме того, предлагаемый твердый электролит имеет повышенную ионную проводимость при комнатной и пониженной температуре.
Заявленное изобретение также относится к способу получения катодной массы для химических источников тока, который включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н- метилпирролидоне при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 500-800 об/мин;
B) получение катодной массы путем добавление неорганического порошка в количестве 60-65 вес. % от содержания растворителя и фракции 0,3-0, 8 мкм в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют кобальтат лития, смешанный литированный оксид кобальта никеля и марганца, смешанный литированный оксид кобальта и никеля.
Дополнительно на этапе Ь) вводят добавки, смесь неионогенных этоксилированных спиртов, улучшающие смачивание неорганического порошка, в количестве 1 мае. % от содержания катодной массы и добавки, такие как углеродные материалы на основе сажи марки SuperP и графита марки KS-6, увеличивающие объемную электропроводность и емкость катодной массы, в количестве 2-3 мае. % от содержания катодной массы. Заявленный способ получения катодной массы исключает образование границы между электролитом и электродами, т.е. вместо четкой границы появляется градиент концентрации активного компонента катода, что приводит к существенному уменьшению диффузионного потенциала на границе электрод электролит и значительному снижению омических потерь на ячейке, которые повышают характеристики химических источников тока.
Заявленное изобретение также относится к катоду, который содержит пленку полисульфона, полученную раскрытым выше способом, на поверхность которой последовательно нанесены катодная масса, полученная выше раскрытым способом, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя частиц металла размером 50-100 нм выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0,1 -0,5 мкм.
Заявленное изобретение относится также к способу получения анодной массы для химических источников тока, который включает следующие этапы: a) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона (размер гранул 1-3 мм) в н-метилпирролидоне при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 500-800 об/мин;
B) получение анодной массы путем добавление неорганического порошка в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении в пределе 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют углеродный материал SuperP, углеродный материал KS-6, титанат лития.
Углеродные материалы на этапе Ь) добавляют в количестве 20-30 мае. % от содержания растворителя, при этом углеродные материалы добавляют в виде смеси двух фракции 50-150 нм 10-15 вес.% и 1-5 мкм 85-90 вес.%.
Титанат лития фракции 0,3-0, 8 мкм на этапе Ь) добавляют в количестве 50-60 мае. % от содержания растворителя.
Дополнительно на этапе Ь) вводят добавки (смесь неионогенных ПАВ на основе этоксилированных спиртов), улучшающие смачивание неорганического порошка в количестве 1 мае. % от содержания анодной массы и добавки (сажа марки SuperP), увеличивающие объемную электропроводность и емкость анодной массы в количестве 3 мае. % от содержания анодной массы.
Заявленный способ получения анодной массы исключает образование границы между электролитом и электродами, т.е. вместо четкой границы появляется градиент концентрации активного компонента анода, что приводит к существенному уменьшению диффузионного потенциала на границе электрод электролит и значительному снижению омических потерь на ячейке, которые повышают характеристики химических источников тока. Заявленное изобретение относится также к аноду для химических источников тока, который содержит пленку полисульфона, полученную указанным выше способом, на поверхность которой последовательно нанесены анодная масса, полученная указанным выше способом, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя частиц металла размером 50-100 нм выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0,1 -0,5 мкм.
Пример 1
Способ получения твердого электролита для литиевой батареи в виде пленки полисульфона осуществляют следующим образом.
Сначала получают раствор полисульфона с концентрацией 350 г/л в органическом растворителе н-метилпирролидоне путем растворения полисульфона при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 50 об/мин, причем используют органический растворитель с концентрацией воды менее 50 ppm.
Затем осуществляют формирование пленки полисульфона, включающей подачу полученного раствора полисульфона в зазор 0,05 мм между двумя слоями полимидных пленок и протягивание слоев полимидных пленок с раствором через валы, нагретые до температуры 90°С. В результате образуется пленка полисульфона, расположенная между двумя слоями полимидных пленок. При дальнейшем протягивании, пленка полисульфона, расположенная между двумя слоями полимидных пленок поступает на вакуумную сушку при температуре 80°С и давлении 0,01 атм, после чего осуществляют отделением полимидных пленок с поверхности пленки полисульфона, которую наматывают на барабан, тем самым обеспечивается протягивание пленки от указанных валов.
Полученный твердый электролит имеет следующие параметры: толщина 10 мкм, ионная проводимость 0.1 См/м, прочность на разрыв 2-4 МПа. Литиевая батарея с использованием полученного твердого электролита имеет следующие характеристики: количество циклов заряда/разряда без заметной деградации 100.
Пример 2
Пример 2 аналогичен примеру 1, за исключением того, что при получении раствора полисульфона дополнительно добавляют неорганический порошок фракции 0,3 мкм в количестве 10 об. % от объема раствора полисульфона, с последующим перемешиванием до гомогенного состояния, причем в качестве неорганического порошка применяют оксид титана.
Полученный твердый электролит имеет следующие параметры: толщина 10 мкм, ионная проводимость 2 См/м, прочность на разрыв 0.5 МПа. Литиевая батарея с использованием полученного твердого электролита имеет следующие характеристики: количество циклов заряда/разряда без заметной деградации 100.
Пример 3
Пример 3 аналогичен примеру 1, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 500 г/л, указанный раствор получает при перемешивании исходных компонентов при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 75 об/мин, раствор полисульфона подают в зазор 0,1 мм между двумя слоями полимидных пленок, валы нагреты до температуры 110°С, вакуумную сушку осуществляют при температуре 95°С и давлении 0,005 атм.
Полученный твердый электролит имеет следующие параметры: толщина 2-5 мкм, ионная проводимость 0.5 См/м, прочность на разрыв 0.1 МПа. Литиевая батарея с использованием полученного твердого электролита имеет следующие характеристики: количество циклов заряда/разряда без заметной деградации 100.
Пример 4
Пример 4 аналогичен примеру 1, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 500 г/л, указанный раствор получает при перемешивании исходных компонентов при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 100 об/мин, раствор полисульфона подают в зазор 0,2 мм между двумя слоями полимидных пленок, валы нагреты до температуры 130°С, вакуумную сушку осуществляют при температуре 110°С и давлении 0,001 атм.
Полученный твердый электролит имеет следующие параметры: толщина 10 мкм, ионная проводимость 0.05 См/м, прочность на разрыв 2 МПа. Литиевая батарея с использованием полученного твердого электролита имеет следующие характеристики: количество циклов заряда/разряда без заметной деградации 100.
Пример 5
Способ получения катодной массы для химических источников тока включает следующие этапы.
Сначала получают раствор полисульфона с концентрацией 3,7 вес. % в н- метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н-метилпирролидоне при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 800 об/мин.
Затем в полученный раствор полисульфона добавляют неорганический порошок (кобальта лития) с размером частиц 0,8 мкм в количестве 60 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,001 атм в течение 60 мин. В результате получают катодную массу, содержащую 60 мае. % кобальтата лития и полисульфон - остальное.
Для получения катода осуществляют следующие операции. На пленку полисульфона полученную по примеру 1 наносят катодную массу толщиной 30 мкм, после чего осуществляют вакуумную сушку при температуре 80°С и давлении 0,01 атм. Затем на поверхность высушенной катодной массы наносят, например, методом напыления, слой порошка металлической меди толщиной 0,5 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного катода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда 100. Пример 6
Пример 6 аналогичен примеру 5, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 3,3 вес. % при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 650 об/мин. В раствор полисульфона добавляют кобальта лития с размером частиц 0,5 мкм в количестве 62 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,005 атм в течение 50 мин. В результате получают катодную массу, содержащую 62 мае. % кобальтата лития и полисульфон - остальное.
При изготовлении катода наносят катодную массу толщиной 40 мкм, вакуумную сушку осуществляют при температуре 95°С и давлении 0,005 атм. На поверхность высушенной катодной массы наносят слой порошка металлической меди толщиной 0,3 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного катода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г , количество циклов заряда/разряда - 100.
Пример 7
Пример 7 аналогичен примеру 5, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 3 вес. % при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 500 об/мин. В раствор полисульфона добавляют кобальта лития с размером частиц 0,3 мкм в количестве 60 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,01 атм в течение 40 мин. В результате получают катодную массу, содержащую 60 мае. % кобальтата лития и полисульфон - остальное.
При изготовлении катода наносят катодную массу толщиной 30 мкм, вакуумную сушку осуществляют при температуре 80°С и давлении 0,01 атм. На поверхность высушенной катодной массы наносят слой порошка металлической меди толщиной 0,1 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного катода имеет следующие характеристики: удельную емкость 150 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда - 100.
Пример 8
Способ получения анодной массы для химических источников тока включает следующие этапы.
Сначала получают раствор полисульфона с концентрацией 3,7 вес. % в н- метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н-метилпирролидоне при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 800 об/мин.
Затем в полученный раствор полисульфона добавляют неорганический порошок (титанат лития) с размером частиц 0,8 мкм в количестве 60 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,001 атм в течение 60 мин. В результате получают анодную массу, содержащую 60 мае. % титанат лития и полисульфон - остальное.
Для получения анода осуществляют следующие операции. На пленку полисульфона полученную по примеру 1 наносят анодную массу толщиной 30 мкм, после чего осуществляют вакуумную сушку при температуре 80°С и давлении 0,01 атм. Затем на поверхность высушенной анодной массы наносят, например, методом напыления, слой порошка металлической меди толщиной 0,5 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного анода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда - 100.
Пример 9
Пример 9 аналогичен примеру 8, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 3,3 вес. % при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 650 об/мин. В раствор полисульфона добавляют титанат лития с размером частиц 0,5 мкм в количестве 62 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,005 атм в течение 50 мин. В результате получают анодную массу, содержащую 62 мае. % титаната лития и полисульфон - остальное.
При изготовлении анода наносят анодную массу толщиной 40 мкм, вакуумную сушку осуществляют при температуре 95°С и давлении 0,005 атм. На поверхность высушенной анодной массы наносят слой порошка металлической меди толщиной 0,3 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного анода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда - 100.
Пример 10
Пример 10 аналогичен примеру 8, за исключением того, что получают раствор полисульфона с концентрацией 3 вес. % при перемешивании с помощью вертикальной мешалки со скоростью 500 об/мин. В раствор полисульфона добавляют титанат лития с размером частиц 0,3 мкм в количестве 60 вес. % от содержания растворителя, с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении, 0,01 атм в течение 40 мин. В результате получают анодную массу, содержащую 60 мае. % титаната лития и полисульфон - остальное.
При изготовлении анода наносят анодную массу толщиной 30 мкм, вакуумную сушку осуществляют при температуре 80°С и давлении 0,01 атм. На поверхность высушенной анодной массы наносят слой порошка металлической меди толщиной 0,1 мкм.
Литиевая батарея с использованием полученного анода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда - 100.
Пример 11
Пример 11 аналогичен примеру 8, за исключением того, что при изготовлении анодной пасты в раствор полисульфона добавляют углеродный материал SuperP двух фракций 100 нм и 3 мкм с размером частиц в количестве 25 вес. % от содержания растворителя.
Литиевая батарея с использованием полученного анода имеет следующие характеристики: удельную емкость 140 мА*ч на г, количество циклов заряда/разряда - 100. Заявленное изобретение позволяет по сравнению с известными повысить характеристики литиевых и натриевых батарей, а также ванадиевых топливных элементов на 10 %.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения твердого электролита для химических источников тока в виде пленки полисульфона, включающий следующие этапы: c) получение раствора полисульфона с концентрацией от 350 до 500 г/л в органическом растворителе, выбранном из группы: н-метилпирролидона и диметилацетамида, путем растворения полисульфона при перемешивании в органическом растворителе, причем используют органический растворитель с концентрацией воды менее 50 ppm. d) формирование пленки полисульфона, включающей подачу раствора полисульфона, полученного на этапе а), в зазор 0,05-0,2 мм между двумя слоями полимидных пленок и протягивание слоев полимидных пленок с раствором через валы, нагретые до температуры 90-130°С, с последующей вакуумной сушкой при температуре 80-110°С и давлении 0,001-0,01 атм и отделением полимидных пленок с поверхности пленки полисульфона.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно добавляют неорганический порошок фракции 0,3-0, 8 мкм в количестве 10-12 об. % в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием до гомогенного состояния, причем в качестве неорганического порошка применяют слоистые алюмосиликаты лития, оксид титана, титанат лития.
3. Способ получения катодной массы для химических источников тока, включающей следующие этапы: c) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н- метилпирролидоне при перемешивании; d) получение катодной массы путем добавление неорганического порошка в количестве 60-65 вес. % от содержания растворителя и фракции 0,3-0, 8 мкм в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют кобальтат лития, смешанный литированный оксид кобальта никеля и марганца, смешанный литированный оксид кобальта и никеля.
4. Катод для химических источников тока, содержащий пленку полисульфона, полученную способом по любому из пп. 1 или 2, на поверхность которой последовательно нанесены катодная масса, полученная способом по п. 3, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя порошка металла выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0, 1-0,5 мкм.
5. Способ получения анодной массы для химических источников тока, включающей следующие этапы: c) получение раствора полисульфона с концентрацией от 3 до 3,7 вес. % в органическом растворителе - н-метилпирролидоне, путем растворения полисульфона в н- метилпирролидоне при перемешивании; d) получение анодной массы путем добавление неорганического порошка в раствор полисульфона, полученного на этапе а), с последующим перемешиванием в вакуумном смесителе при давлении в пределе 0,001-0,01 атм в течение 40-60 мин, причем в качестве неорганического порошка применяют углеродный материал SuperP, углеродный материал KS-6, титанат лития.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что углеродные материалы на этапе Ь) добавляют в количестве 20-30 мае. % от содержания растворителя, при этом углеродные материалы добавляют в виде смеси двух фракции 50-150 нм и 1-5 мкм.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что титанат лития фракции 0,3-0, 8 мкм на этапе Ь) добавляют в количестве 50-60 мае. % от содержания растворителя
8. Анод для химических источников тока, содержащий пленку полисульфона, полученную способом по любому из пп. 1 или 2, на поверхность которой последовательно нанесены анодная масса, полученная способом по п. 5, толщиной 30-50 мкм и токосъемник в виде слоя порошка металла выбранного из группы медь, алюминий, золото толщиной 0, 1-0, 5 мкм.
PCT/IB2021/000701 2021-07-21 2021-07-21 Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона WO2023002229A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2021/000701 WO2023002229A1 (ru) 2021-07-21 2021-07-21 Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2021/000701 WO2023002229A1 (ru) 2021-07-21 2021-07-21 Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023002229A1 true WO2023002229A1 (ru) 2023-01-26

Family

ID=84980137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2021/000701 WO2023002229A1 (ru) 2021-07-21 2021-07-21 Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023002229A1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1186349A (zh) * 1996-12-26 1998-07-01 中国科学院长春应用化学研究所 新型全固态锂电池正极材料的制备
RU2190902C1 (ru) * 2001-06-07 2002-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский энергетический институт (технический университет) Твердополимерный электролит для литиевых источников тока
JP2005243303A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Tomoegawa Paper Co Ltd 電気化学素子用部材及びその製造方法、並びにそれを用いた電気化学素子
RU2418623C2 (ru) * 2005-09-28 2011-05-20 Тонен Кемикал Корпорейшн Способ получения микропористой полиэтиленовой мембраны и сепаратор аккумулятора
CN102698626A (zh) * 2012-05-17 2012-10-03 湖南瑞翔新材料股份有限公司 多功能混合机及合成钛酸锂负极材料的方法
CN103346311A (zh) * 2013-06-09 2013-10-09 浙江努奥罗新能源科技有限公司 一种锂电池正极材料的制造方法
CN108134033A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔隔膜在锂硫电池中的应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1186349A (zh) * 1996-12-26 1998-07-01 中国科学院长春应用化学研究所 新型全固态锂电池正极材料的制备
RU2190902C1 (ru) * 2001-06-07 2002-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский энергетический институт (технический университет) Твердополимерный электролит для литиевых источников тока
JP2005243303A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Tomoegawa Paper Co Ltd 電気化学素子用部材及びその製造方法、並びにそれを用いた電気化学素子
RU2418623C2 (ru) * 2005-09-28 2011-05-20 Тонен Кемикал Корпорейшн Способ получения микропористой полиэтиленовой мембраны и сепаратор аккумулятора
CN102698626A (zh) * 2012-05-17 2012-10-03 湖南瑞翔新材料股份有限公司 多功能混合机及合成钛酸锂负极材料的方法
CN103346311A (zh) * 2013-06-09 2013-10-09 浙江努奥罗新能源科技有限公司 一种锂电池正极材料的制造方法
CN108134033A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔隔膜在锂硫电池中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100454773B1 (ko) 충진제 및 플루오로폴리머를 기초로 한 미세복합체분말로부터 제조된 리튬-이온 전지 요소
Yang et al. Layered nanocomposite separators enabling dendrite-free lithium metal anodes at ultrahigh current density and cycling capacity
US20210155766A1 (en) Compositions and methods for electrode fabrication
CN111276738B (zh) 一种非对称固体电解质及其制备方法和在高电压固态电池中的应用
CN111073184B (zh) 一种用于二次电池的凝胶电解质薄膜、其制备及应用
CN112133902A (zh) 一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用
Zhou et al. Highly dispersible silicon nitride whiskers in asymmetric porous separators for high-performance lithium-ion battery
CN112615111A (zh) 一种高保液自修复隔膜及其制备方法、锂离子电池
KR20180057135A (ko) 황화물계 고체전해질을 포함하는 고체전해질층 및 전극복합체층의 제조방법 및 이를 포함하는 전고체전지
Zhang et al. Polypropylene separators with robust mussel-inspired coatings for high lithium-ion battery performances
Xia et al. Membrane with horizontally rigid zeolite nanosheet arrays against zinc dendrites in zinc-based flow battery
Guan et al. An organic additive assisting with high ionic conduction and dendrite resistance of polymer electrolytes
Wu et al. Porous polymer membrane with uniform lithium-ion transport via phase separation for stable lithium metal batteries
Zhao et al. Unveiling Challenges and Opportunities in Silicon‐Based All‐Solid‐State Batteries: Thin‐Film Bonding with Mismatch Strain
Yin et al. Lithium recovery from brine by PEG-modified porous LiFePO4/FePO4 electrode system
WO2023002229A1 (ru) Полимерный ионопроводящий материал мембран на основе пластифицированного полисульфона
CN116417615A (zh) 金属电池负极材料及其制备方法与应用
Lee et al. Phase-inversion Induced Co-assembly of Poly (ether imide)/Aramid Nanofibrillar Composite Separators for High-speed Lithium-metal Batteries
Li et al. Poly (vinylidene fluoride)-based composite membranes with continuous metal–organic framework layer for high-performance separators of lithium-ion batteries
CN115939497A (zh) 一种超薄弹性固态电解质膜及制备方法
CN115863923A (zh) 一种隔膜及其制备方法和应用
CN117384567B (zh) 一种干法电极用复合粘结剂的制备方法及电极膜片
CN217035727U (zh) 一种自支撑固态电解质膜及锂离子电池
CN113614959A (zh) 作为用于锂离子电池阴极生产的分散剂的聚乙烯吡咯烷酮
US20230268483A1 (en) Organic sublimable material-assisted electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21950866

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE