патент
№ RU 2614040
МПК H01M6/18

ГЕЛЬПОЛИМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЛИТИЕВЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Авторы:
Смирнов Сергей Евгеньевич Егоров Алексей Михайлович Смирнов Константин Сергеевич
Все (15)
Номер заявки
2016104282
Дата подачи заявки
10.02.2016
Опубликовано
22.03.2017
Страна
RU
Дата приоритета
16.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к гельполимерному электролиту, который может быть использован при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническим результатом изобретения является увеличение гомогенности электролита и повышение в нем коэффициента диффузии лития. Кроме того, предложенный гельполимерный электролит обеспечивает повышение удельной электрической проводимости, а также высокую химическую и электрохимическую стабильность. Указанный результат достигается за счет использования в качестве полимерной матрицы аморфного перфторполиэфира. 1 табл.

Формула изобретения

Гельполимерный электролит для литиевых источников тока, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:
перфторполиэфир100
неорганическая ионогенная соль лития7-30
органический растворитель80-140

Описание

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Гельполимерный электролит состоит из полимерной матрицы и пластификатора, включающего в себя апротонный диполярный растворитель и соль лития.

Известны гельполимерные электролиты, используемые в литиевых источниках тока, состоящие из смеси полимеров с растворителем и перхлоратом натрия, причем в качестве полимеров используются смеси полиэфиров и краун-эфиров, полиэтиленгликольакрилата и винилиденфторида. Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале 10-3-5⋅10-3 См/см при 20°С. Недостатком их является наличие несвязанного полимером растворителя, который пассивирует литиевые электроды в процессе работы, в результате чего работоспособность источника тока резко снижается [1, 2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гельполимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе полисульфона, неорганическую ионогенную соль лития и органический растворитель, в качестве которого используют смесь пропиленкарбоната с тетрагидрофураном, взятых в соотношении (об. %) 1:1-1:4, при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

полисульфон - 100,

неорганическая ионогенная соль лития - 5-27,

органический растворитель - 80-140.

Для него удельная электрическая проводимость достигает 10-2 См/см, что не уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока [3]. Однако было обнаружено ухудшение свойств пленок полисульфона и гельполимерных электролитов на его основе при изменении влажности окружающего воздуха. Так, чем выше влажность окружающей среды, тем более низкой проводимостью характеризовались гельполимерные электролиты. Такое поведение может быть связано с кооптированным взаимодействием соли и полимерной матрицы. Кроме этого, проводимость гельполимерного электролита во времени снижалась.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости гельполимерного электролита и обеспечении его химической и электрохимической стабильности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития, достигается тем, что в известном гельполимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используется перфторполиэфир средней молекулярной массы (0,5-1,0)⋅105 при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч.:

перфторполиэфир - 100,

неорганическая ионогенная соль лития - 7-30,

органический растворитель - 80-140.

При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить гельполимерный электролит с хорошими механическими свойствами.

Обоснование выбранных интервалов компонентов:

- уменьшение количества соли менее нижнего предела приводит к неравномерности распределения ее по полимерной матрице и, соответственно, к ухудшению проводящих свойств; увеличение количества соли лития более верхнего предела приводит к ухудшению электропроводности за счет выпадения кристаллов соли в осадок;

- уменьшение количества растворителя приводит к получению жесткого геля, что снижает его электропроводность, а увеличение количества растворителя приводит к ухудшению механических свойств гельполимерного электролита.

Гельполимерный электролит готовится следующим образом: порошок перфторполиэфира растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают на специальное стекло и выдерживают в сушильном шкафу при t=100±5°С до получения пленки толщиной 10÷50 мкм. Затем пленка полимера пропитывается раствором соли лития в смеси пропиленкарбоната и тетрагидрофурана в закрытом бюксе в боксе, заполненном аргоном, в течение 18-20 часов.

В таблице приведены примеры конкретных составов и свойств заявленных гельполимерных электролитов.

Удельная электрическая проводимость прототипа ниже на 12-17%. Гельполимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-литий-титан фосфат (типоразмер 2325) и первичном элементе системы Li-МnО2 (типоразмер 2025). На протяжении 250 циклов заряда-разряда аккумулятора и 320 часах разряда первичного элемента током 0,5 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как гельполимерного электролита, так и источников тока в целом.

Преимущества предлагаемого гельполимерного электролита заключаются в его высокой удельной электрической проводимости, электрохимической стабильности и химической инертности, чем он выгодно отличается от известных.

Источники информации

1. Патент РФ №2356131, опубл. 20.05.2009.

2. Патент РФ №2424252, опубл. 20.07.2011.

3. Патент РФ №2190903, опубл. 10.10.2002 г., Бюл. №28.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты