твердополимерный электролит для литиевых источников тока

Формула изобретения

Твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используют полисульфон средней молекулярной массы (0,2-1,0)10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, мас. ч. :

Полисульфон - 100

Неорганическая соль лития - 1-20

Описание изобретения к патенту

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

Известен твердополимерный электролит, используемый в литиевых источниках тока, состоящий из смеси полиэтиленоксида с полиакриловыми полимерами и перхлоратами щелочных металлов, взятых в следующем массовом соотношении - полимеры : перхлорат 120-140 : 10. Для этих композиций удельная электрическая проводимость лежит в интервале 10^-6-10^-8 См/см при 20^oС и 10^-4 См/см при 80^oС, что недостаточно для использования в литиевых источниках тока [1].

Известен твердополимерный электролит на основе сополимера этиленоксида и оксида эфира и перхлората лития или трифторметансульфоната лития в количестве 1,5-25 мас.%. Однако он также обладает недостаточной удельной электрической проводимостью, равной 10^-6-10^-8 См/см при 20^oС и 10^-4 См/см при 110^oC [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. Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагается твердополимерный электролит, состоящий из полимерной матрицы и неорганической ионогенной соли лития, при этом согласно изобретению в качестве полимерной матрицы используют полисульфон средней молекулярной массы (0,2-1,0)10⁵ при следующем массовом соотношении компонентов, мас.ч:

полисульфон - 100

неорганическая соль лития - 1-20

При таких значениях средней молекулярной массы полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами, что позволяет получить твердополимерный 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 разрушению структуры полимера, и, как следствие, твердополимерный электролит становится хрупким и механически непрочным.

Твердополимерный электролит готовится следующим образом:

порошки полисульфона и соли лития растворяют в диметилацетониде, тщательно перемешивают, выливают в изложницу с тефлоновым покрытием и выдерживают в сушильном шкафу при t=1005^oС до получения пленки толщиной 10-50 мкм.

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

Удельная электрическая проводимость прототипа -0,001 См/см.

Твердополимерный электролит прошел успешные испытания в аккумуляторе на основе системы литий-литийванадиевая бронза (типоразмер VR-2325) и первичном элементе системы Li-МnО₂ (типоразмер CR- 2325). На протяжении 100 циклов заряда-разряда аккумулятора и 120 часах разряда первичного элемента током 1,4 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. W. Wiecrozorek, К. Such, Z. Florianczuk, I. Prevluski // Electrochemica Acta, 1992, V.97, 9, р.1565.

2. Патент США 4758483, Н 01 М 6/18, 1986.

3. Патент РФ 2136084, Н 01 М 6/18, опубл. 27.08.1999 - прототип.