凝膠聚合物電解質和包含其的二次電池制造技術

本發明專利技術提供了凝膠聚合物電解質和包含其的二次電池。更具體地，凝膠聚合物電解質包含其中鈉陽離子可以解離的含鈉陽離子的聚合物，并因此提供了鈉陽離子的提高的離子電導率，由此改善了二次電池的電化學性質。

【技術實現步驟摘要】
相關申請的交叉引用本申請根據美國法典第35卷第119節要求于2015年6月19日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.10-2015-0087382的優先權，其公開內容通過引用整體并入本文。
以下公開內容涉及可應用于二次電池的凝膠聚合物電解質和包含其的二次電池。
技術介紹
近年來，鋰二次電池可以商購獲得而且被用作大容量汽車的儲能裝置以及小型電子儀器的電力儲存系統。在這些情況下，為了解決包括對于鋰二次電池至關重要的鋰的高成本和對鋰資源地方化所引起的國際形勢的擔憂的問題，存在對研究新的下一代電池的日益增長的需求。特別地，基于鈉的鈉離子二次電池已經在日本和韓國(在資源等方面匱乏的國家)中進行了積極的研究，由于鈉是地球上到處可容易得到的資源并且容易取得，而且鈉離子二次電池電化學結構的優點在于它們顯示出與鋰二次電池相似的充電/放電行為。鈉離子二次電池具有包括能夠使鈉離子嵌入/脫嵌的陽極和陰極的電極，物理防止內部短路的隔板以及通過其轉移鈉陽離子的有機液體電解質。其中，已知允許陽離子轉移的有機液體電解質具有一些待解決的問題，這些問題在于由于液體泄漏可能會導致安全性劣化，以及由于在充電/放電循環期間與電極的副反應可能會導致內阻增加。為了解決這種電解質中液體泄漏的問題，已經開發了使用固體電解質的鈉離子二次電池。然而，由于100℃至200℃的高驅動溫度，所以難以將使用固體電解質的鈉離子二次電池應用至一般小型電子儀器。另外，由于還需要添加離子導電材料以彌補離子電導率的下降，所以就會增加處理步驟數并增加成本。在這些情況下，開發了基于凝膠聚合物的電解質作為替代具有液體泄漏問題的液體電解質的另一種類型的電解質。深入研究之后，據報道凝膠聚合物電解質顯示出與常規隔板相比更高的有機液體電解質吸收量，并且因此提供了具有高離子電導率和改善的長期壽命特性的電池。然而，凝膠聚合物電解質基體自身的局限性在于其包含簡單的聚合物。此外，尺寸比鋰陽離子更大的鈉陽離子經歷在基體中的遷移性下降，由此引起電化學性質降低的問題。因此，需要開發用于二次電池(例如鈉離子二次電池)的凝膠聚合物電解質以提供具有高功率和高穩定性的電池。[參考文獻][專利文獻](專利文獻1)韓國特許公開專利No.2012-0095949(專利文獻2)韓國特許公開專利No.2013-0116022(專利文獻3)韓國特許公開專利No.2010-0052407[非專利文獻](非專利文獻1)Y.Q.Yanga等；″A sodium ion conducting gel polymer electrolyte″；Solid State Ionics，第269卷，2015年1月，第1-7頁(非專利文獻2)T.B.Kim等；″Ionic Conductivity of Sodium Ion with NaCF3SO3 Salts in Electrolyte for Sodium Batteries″；Materials Science Forum，第486-487卷，(2005)，第638-641頁
技術實現思路
為了解決上述問題，本公開內容的一個實施方案涉及提供用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其提高了鈉陽離子的離子電導率并且提供了具有改善的電化學性質的二次電池。本公開內容的另一個實施方案涉及提供包含根據本公開內容的一個實施方案的凝膠聚合物電解質的二次電池和包括其的裝置。在一方面中，提供了用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其包含：(A)聚合物基體；以及(B)吸收在聚合物基體中的有機液體電解質，所述聚合物基體包含(a1)含鈉陽離子的聚合物和(a2)含氟聚合物。在另一方面中，提供了包含根據本公開內容的一個實施方案的用于二次電池的凝膠聚合物電解質的二次電池。在又一方面中，提供了包含根據本公開內容的一個實施方案的用于二次電池的凝膠聚合物電解質的裝置。在再一方面中，提供了用于制備用于二次電池的凝膠聚合物電解質的方法，所述方法包括以下步驟：(B)將(a3)成孔增塑劑從復合聚合物中除去以獲得多孔聚合物基體，(a1)含鈉陽離子的聚合物、(a2)含氟聚合物和(a3)成孔增塑劑均勻地包含在所述復合聚合物中；以及(C)使有機電解質被吸收到多孔聚合物基體的孔中。根據本公開內容的一個實施方案的凝膠聚合物電解質包含含鈉陽離子的聚合物，并且因此提高了離子電導率并提供了具有改善的電化學性質的二次電池。另外，凝膠聚合物電解質提供了具有改善的充電/放電特性的二次電池，防止了液體電解質在應用于二次電池時的泄露，從而確保了長期安全性，并且可以被生產成具有期望的形狀，使得其可以容易地應用于具有各種形狀的電池。附圖說明圖1是說明用于生產根據本公開內容一個實施方案的凝膠聚合物電解質的工藝的流程圖。圖2是說明形成根據實施例和比較例獲得的各個凝膠聚合物電解質的聚合物基體的照片。圖3是根據實施例獲得的各個聚合物基體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖4是說明放電容量根據充電/放電循環改變的圖，以示出包含根據實施例和比較例獲得的各個凝膠聚合物電解質的鈉離子二次電池的壽命特性的結果。圖5是說明在包含根據實施例和比較例獲得的各個凝膠聚合物電解質的鈉離子二次電池中，當電流密度增加時，放電容量根據充電/放電循環改變的圖。具體實施方式參照附圖由以下實施方案的描述將使本公開內容的優點、特征和方面變得清楚。在一方面中，提供了用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其包含：(A)聚合物基體；以及(B)吸收在聚合物基體中的有機液體電解質，所述聚合物基體包含(a1)含鈉陽離子的聚合物和(a2)含氟聚合物。根據一個實施方案，(a1)含鈉陽離子的聚合物可包含其中鈉陽離子可以在溶劑中解離的多種聚合物的任意一種，例如聚(4-苯乙烯磺酸鈉)。然而，使用聚(4-苯乙烯磺酸鈉)提供了鈉陽離子在其中轉移的二次電池，特別是鈉二次電池，其有益效果是聚(4-苯乙烯磺酸鈉)起聚鹽的作用，其中由于SO3-陰離子與苯乙烯之間強烈的結合而只有陽離子解離。當使用其它種類的聚合物，甚至是其它類型的含鈉陽離子聚合物時情況并非如此。根據另一個實施方案，(a2)含氟聚合物可包括但不限于：聚(偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯)(PVdF-共聚-HFP)、聚(偏二氟乙烯)(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)聚全氟烷氧基烷烴(PFA)或其混合物.然而，需要使用不溶于吸收在聚合物基體中的有機電解質的含氟聚合物。根據用于二次電池的凝膠聚合物電解質的又一個實施方案，按聚合物基體的總重量計，(a1)含鈉陽離子的聚合物和(a2)含氟聚合物分別以1重量％至60重量％和40重量％至99重量％的量存在于聚合物基體中。當(a1)和(a2)不存在于上述范圍內時，鈉離子的離子電導率會顯著降低，導致二次電池的整體品質顯著劣化。因此，優選使用在上述重量比內的成分。根據用于二次電池的凝膠聚合物電解質的又一個實施方案，聚合物基體是多孔的。特別地，聚合物基體可以以膜形式使用。因此，聚合物基體可以為根據以下實施例使用的多孔聚合物膜。根據用于二次電池的凝膠聚合物電解質的又一個實施方案，聚合物基體可通過將(a3)成孔增塑劑從復合聚合物中除去來獲得，(a1)含鈉陽離子的聚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于二次電池的凝膠聚合物電解質，包含：(A)聚合物基體；以及(B)吸收在所述聚合物基體中的有機液體電解質，所述聚合物基體包含(a1)含鈉陽離子的聚合物和(a2)含氟聚合物。

【技術特征摘要】
2015.06.19 KR 10-2015-00873821.一種用于二次電池的凝膠聚合物電解質，包含：(A)聚合物基體；以及(B)吸收在所述聚合物基體中的有機液體電解質，所述聚合物基體包含(a1)含鈉陽離子的聚合物和(a2)含氟聚合物。2.根據權利要求1所述的用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其中(a1)所述含鈉陽離子的聚合物是聚(4-苯乙烯磺酸鈉)。3.根據權利要求1所述的用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其中(a2)所述含氟聚合物選自聚(偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯)(PVdF-共聚-HFP)、聚(偏二氟乙烯)(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚全氟烷氧基烷烴(PFA)及其混合物。4.根據權利要求1所述的用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其中按所述聚合物基體的總重量計，(a1)所述含鈉陽離子的聚合物和(a2)所述含氟聚合物分別以1重量％至60重量％和40重量％至99重量％的量存在于所述聚合物基體中。5.根據權利要求1所述的用于二次電池的凝膠聚合物電解質，其中所述聚合物基體是多...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭暻胤，鄭燻基，張元英，趙炳源，崔原彰，吳是衡，李尹圣，蘇桑托·迪基，金東元，申元暻，
申請(專利權)人：韓國科學技術研究院，
類型：發明
國別省市：韓國;KR