гельполимерный электролит для литиевых источников тока

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

Описание изобретения к патенту

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^-3-510^-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=1005^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.