Гельполимерный электролит для литиевых источников тока

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение удельной электрической проводимости гельполимерного электролита, обеспечение его электрохимической стабильности и химической инертности. Согласно изобретению гельполимерный электролит содержит полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития. В качестве полимерной матрицы используют полисульфон средней молекулярной массы (0,2-1,0)•10⁵, а в качестве органического растворителя - 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. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока.

Известен гельполимерный электролит [1], используемый в литиевых источниках тока, состоящий из смеси полифениленоксида с растворителем и перхлоратом натрия, взятых в следующем массовом соотношении: Полифениленоксид - 100 Перхлорат натрия - 100-120 Растворитель - 50-100 Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале 10^-3-5•10^-3 Cм/см при 20^oС. Недостатком их является наличие в растворителе диэтилового эфира диэтиленгликоля, который пассивирует литиевые электроды в процессе работы, в результате чего работоспособность источника тока резко снижается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является гельполимерный электролит [2 ], который содержит полимерную матрицу на основе полиакрилонитрила, неорганическую ионогенную соль лития и органический растворитель, в качестве которого используют смесь этиленкарбоната с пропиленкарбонатом при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил 17-21%, соль лития 8-17%, пропиленкарбонат 17-33%, полиакрилонитрил 17-38%.

Для него удельная электрическая проводимость достигает 10^-3 Cм/см, что уступает соответствующим значениям для жидких электролитов, используемых в настоящее время в литиевых источниках тока. Кроме этого, он отличается агрессивностью по отношению к литию.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной электрической проводимости гельполимерного электролита, обеспечении его электрохимической стабильности и химической инертности. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном гельполимерном электролите, содержащем полимерную матрицу, органический растворитель и неорганическую ионогенную соль лития, согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используют полисульфон средней молекулярной массы (0.2-1.0)•10⁵, а в качестве органического растворителя 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 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 полимеру 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 полисульфона растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают в изложницу с тефлоновым покрытием и выдерживают в сушильном шкафу при t=100±5^oС до получения пленки толщиной 10-50 мкм. Затем пленка полимера пропитывается раствором соли лития в смеси пропиленкарбоната и тетрагидрофурана в закрытом бюксе, заполненном аргоном, в течение 18-20 часов.

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

Гельполимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-литийванадиевая бронза (типоразмер VR-2025) и первичном элементе системы Li-MnO₂ (типоразмер CR-2025). На протяжении 150 циклов заряда-разряда аккумулятора и 140 часах разряда первичного элемента током 1.2 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, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. Патент РФ 2069423, опубл. БИ 32, 1996 г.

2. Abraham M., Alamgir MJ.// Solid State Ionics. 1994, V.70/71, p.20 - прототип.

Формула изобретения

Гельполимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы, органического растворителя и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используют полисульфон средней молекулярной массы (0,2-1,0)•10⁵, а в качестве органического растворителя - 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

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 26.07.2007

Извещение опубликовано: 27.02.2009        БИ: 06/2009

---