Твердополимерный электролит

Авторы патента:

Пуцылов Иван Александрович (RU)

Смирнова Елена Анатольевна (RU)

Смирнов Константин Сергеевич (RU)

Савостьянов Антон Николаевич (RU)

Огурцова Дарья Сергеевна (RU)

H01M6/18 - с твердым электролитом

H01M10/05 - Вторичные элементы; их изготовление

Владельцы патента RU 2760559:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости твердополимерного электролита, обеспечении его электрохимической стабильности и механической прочности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития и предела прочности, достигается тем, что твердополимерный электролит состоит из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, при этом в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0)⋅10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч.: поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100, неорганическая соль лития - 1-22. 1 табл.

Известен твердополимерный электролит, представляющий собой матрицу из сополимера поливинилиденфторида с гексафторпропиленом, содержащего 15-20% бис(трифторметансульфонил) имида лития, удельная электрическая проводимость которого не превышает 1.5*10^-4 См/см при 20°С [1].

Известен твердополимерный электролит, используемый в литиевых источниках тока, который представляет собой композицию из метилакрилат полиэтиленгликоля с бис(трифторметансульфонил)имидом лития. Для этих композиций удельная электрическая проводимость составляет 2.13*10^-4 См/см при 20°С, что недостаточно для использования в литиевых источниках тока [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является твердополимерный электролит, который содержит полимерную матрицу на основе полиакрилонитрила и неорганическую ионогенную соль лития при соотношении компонентов 3:1. Для него удельная электрическая проводимость достигает 10^-3 См/см, что уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока. Кроме этого, он отличается хрупкостью и электрохимической нестабильностью в связи с высоким содержанием соли [3].

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости твердополимерного электролита, обеспечении его электрохимической стабильности и механической прочности. Технический результат, заключающийся в увеличении гомогенности электролита и повышении коэффициента диффузии лития и предела прочности достигается тем, что предлагается твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, при этом, согласно изобретению, в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0) ⋅ 10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч:

поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100,

неорганическая соль лития - 1-22.

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

Обоснование выбранных интервалов компонентов: увеличение количества соли лития более верхнего предела приводит к разрушению структуры полимера и, как следствие, твердополимерный электролит становится хрупким и механически непрочным.

Твердополимерный электролит готовится следующим образом:

порошки поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] и соли лития раздельно растворяют в диметилацетомиде, растворы смешивают, выливают на специальное стекло и выдерживают в сушильном шкафу при t=110±5°С до получения пленки толщиной 10÷50 мкм.

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

Удельная электрическая проводимость ниже на 27-47% Твердополимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-фосфат лития титана (типоразмер 2325) и первичном элементе системы Li-MnO₂ (типоразмер 2016). На протяжении 200 циклов заряда-разряда аккумулятора и 120 часах разряда первичного элемента током 1.2 мА сохранялись стабильные электрохимические параметры как твердополимерного электролита, так и источников тока в целом.

Преимущества предлагаемого твердополимерного электролита заключаются в его высокой удельной электрической проводимости, механической прочности и электрохимической стабильности, чем он выгодно отличается от известных.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Serra J.P., Pinto R.S., Barbosa J.C., Correia D.M., Goncalves R., Silva M.M., Lanceros-Mendez S., Costa C.M. Ionic liquid based Fluoropolymer solidelectrolytes for Lithium-ion batteries // Sustainable Materials and Technologies. 2020. - V. 25. - P. c00176.

2. Sun C., Wang Z., Yin L., Xu S., Ghazi Z. A., Shi Y., An В., Sun Z., ChengH.-M., Li F. Fast lithium ion transport in solid polymer electrolytes frompolysulfide-bridged copolymers // Nano Energy. - 2020. - V. 75. - P. 104976-104986.

3. Патент РФ № 2136084, опубл. 08.27.1999.

Твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используют поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] средней молекулярной массы (0.2-1.0)⋅10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, масс. ч.:

поли [1,4-фениленокси-4-бис(трифторметил)метан-6,9-фениленокси-10,13-фениленсульфонил-14,17 фенилен] - 100,

неорганическая соль лития - 1-22.

Изобретение относится к технологии изготовления электролитов для тепловых (твердотельных) химических источников тока (ТХИТ) и может быть использовано для получения электролитов на основе соединений лития. Согласно изобретению электролитная масса для ТХИТ содержит смесь галогенидов лития и загустителя, при этом в составе смеси галогенидов лития содержится трехкомпонентная смесь солей Li (Cl, Br, F), а в качестве загустителя - высокодисперсный порошок γ-LiAlO2 при следующем соотношении ингредиентов, % масс.: Li(Cl,Br,F) 45-55, γ-LiAlO2 - остальное.

Способ получения твердого электролита // 2731364

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении химических источников тока, полученных механохимической активацией. Предложенный способ получения твердого электролита включает процесс внедрения в поры матрицы цеолита добавок гидрофосфата натрия или аммония в соотношении 1:1 к цеолиту путем механической активации смеси в виброистирателе в течение 5-10 мин, при этом в качестве матрицы применяют цеолит с содержанием клиноптилолита 45-55% в виде тонкодисперсной фракции с размером частиц не более 50 мкм.

Твердотельная меланиновая батарея // 2721746

Изобретение относится к твердотельной батарее. Батарея включает меланиновую структуру, образованную из по меньшей мере одного меланинового материала, заделанного в инертный материал, и первую и вторую металлические ленты, служащие первым и вторым электродами соответственно.

Способ получения твердого электролита // 2720349

Изобретение относится к способам получения твердого электролита с высокой ионной проводимостью при температурах окружающей среды и может быть использовано при изготовлении электрохимических источников тока, сенсоров, ионных источников и других устройств. Способ получения твердого электролита на основе пентагалогенидов тетра-серебра-цезия включает отжиг смеси бромидов и иодидов цезия и серебра с промежуточной гомогенизацией, при этом в качестве соединения серебра используют сложный бромид-иодид серебра состава AgBr1-yIy, где 0,25≤у≤0,375, при массовом соотношении иодид цезия: сложный бромид-иодид серебра, равном 24.0324.29 : 75.7175.97, при этом соотношение суммарного количества ионов цезия и серебра равно 1:4, а отжиг ведут с уплотнением смеси при температуре 160-170оС в вакууме при остаточном давлении 10-210-3 атм с не менее чем трёхкратной промежуточной гомогенизацией.

Способ получения ионного проводника // 2714498

Изобретение относится к способу получения ионного проводника. В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения предложен способ получения ионного проводника, включающий: смешивание, с применением растворителя, LiBH4 и галогенида лития, представленного формулой (1), LiX (1) (в формуле (1) X представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из атомов галогенов); и удаление растворителя при 60-280°С.

Фтор-проводящий композитный электролит и способ его получения // 2702905

Изобретение относится к фтор-проводящим твердым электролитам (ФТЭЛ), которые используются в различных областях ионики твердого тела, электрохимии, сенсорных систем и низковольтной энергетики, а также к способу его получения. Фтор-проводящий композитный электролит получают кристаллизацией эвтектических составов в бинарных конденсированных системах MF2 - RF3 (M = щелочно-земельные элементы Са, Sr, Ва; R = редкоземельные элементы La, Се, Pr, Nd, Sm).

Фтор-проводящий стеклообразный твердый электролит // 2665314

Изобретение относится к области фтор-проводящих твердых электролитов, обладающих высокой анионной электропроводностью по ионам фтора. Фтор-проводящий твердый электролит на основе фторидного стекла PbF2+InF3+BaF2 имеет состав, мол.

Химический источник тока с реакционно формирующимся электролитом // 2648244

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, у которых электролит образуется в результате реакции между жидкими веществами анода (Li, Na) и катода (S, Se, Те), которые могут быть использованы в системах кратковременного и импульсного действия в наземной, авиационной и ракетно-космической технике.

Конгруэнтно плавящийся фтор-проводящий твердый электролит m1-xrxf2+x с флюоритовой структурой для высокотемпературных термодинамических исследований // 2639882

Изобретение относится к области фтор-проводящих твердых электролитов (ФТЭЛ). Предложены фтор-проводящие твердые электролиты M1-xRxV2+x с флюоритовой структурой в монокристаллической форме для высокотемпературных термодинамических исследований химических веществ, содержащие фториды щелочноземельного (М) и редкоземельного (R) металлов.

Гельполимерный электролит для литиевых источников тока // 2614040

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.

Способ получения оксида лития // 2760024

Изобретение относится к технологии производства оксида лития для получения чистых растворов гидроксида лития, либо для получения стекол, стеклокерамики или кристаллической керамики, например литиево-ионной проводящей керамики. Оксид лития получают из карбоната лития и элементарного углерода или углеродного источника, который дает элементарный углерод, при температуре в диапазоне от 720°C до 1200°C, при этом реакцию осуществляют при практически полном исключении кислорода в одном или более резервуарах, имеющих контактирующие с продуктом поверхности, выбранные из группы, состоящей из стеклоуглерода, алюмината лития, покрытой углеродом керамики, С-покрытого кварцевого стекла и тантала.