专利名称：基于pxe的聚合物组合物的制作方法
基于PXE的聚合物组合物相关串请的交叉引用
本申请要求提交于2010年5月19日的美国临时专利申请号61/346398的优先权。 本申请还涉及提交于2010年5月19日的美国临时专利申请号61/346409。这些申请均通过引用并入本文。技术领域
本发明总的涉及新合成的微相分离的聚合物材料。
背景技术：
在此提到的所有出版物出于所有目的通过引用整体并入，犹如在此充分阐述。
对锂二次电池日益增长的需求导致针对改善其安全性和性能的研究和开发。许多电池采用液体电解质，并且与高度挥发性、可燃性和化学反应性相关。出于这种考虑，使用锂基电池系统以及固体电解质的想法引起了极大的兴趣。
对于锂离子电池，锂固体聚合物电解质可充电电池是一种特别有吸引力的技术， 因为除了其他好处外，固体聚合物电解质具有高热稳定性、低自放电速率、在各种环境条件下稳定运行、增强的安全性、电池配置的灵活性、最小的环境影响以及低材料成本和处理成本。此外，固体聚合物电解质能够使用锂金属阳极，该锂金属阳极比传统的锂离子阳极提供更高的能量密度。
尽管固体聚合物电解质具有许多优点，但是其应用受到无法开发出同时具有高离子电导率和良好机械性能的电解质的制约。这种困难的产生是因为根据标准机理，高离子电导率需要高聚合物链移动性。但是根据标准机理，高聚合物链移动性趋向于产生机械上柔软的聚合物。
例如，原型聚合物电解质是一种由聚环氧乙烷(PEO)/盐混合物组成的电解质。 PEO通常在室温下提供良好的机械性能。然而，PEO在室温下大部分是结晶的。结晶结构通常限制链的移动性，从而降低电导率。在高温(即，高于聚合物的熔点)下操作PEO电解质通过增加链的移动性解决了电导率的问题，且因此改善了离子电导率。然而，增加的电导率以材料机械性能的弱化为代价。在较高温度下，聚合物不再是刚性的。
现已提出嵌段共聚物可能同时具有良好机械性能和良好电导率。通过使用两个或更多个嵌段的微相分离的嵌段共聚物，至少一个嵌段可以赋予机械完整性，同时至少一个嵌段可以赋予高电导率。聚合物电解质与液体电解质相比受到不良电导率的困扰。聚合物电解质在较高温度下较好地导电，且在> 110°c的非常高的温度下操作时电化学电池的电导率与室温下的液体电解质相似。然而，必须权衡机械嵌段的熔解温度。到目前为止，还没有报道过可以在高温(> 150°c )下操作，同时保持高机械强度的嵌段共聚物。
因此，曾经有并且仍然有对在高温操作下具有充分实用的离子电导率和机械稳定性的聚合物电解质材料的强烈需求。
图1示出了作为温度的函数的PS-PEO嵌段共聚物和示例性PXE-PEO嵌段共聚物的模量测量。
图2是根据本发明的一个实施方式的二嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意图。
图3是根据本发明的一个实施方式的三嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意图。
图4是根据本发明的另一实施方式的三嵌段共聚物和其可形成的域结构的示意图。
本文公开了具有高软化温度的新型微相域聚合物材料。该聚合物具有离子导电聚合物域和结构聚合物域，该结构聚合物域的软化温度(Ts)比之前离子导电聚合物中可能具有的软化温度(Ts)更高。在本发明的一个实施方式中，微相域聚合物材料具有由离子导电均聚物组成的域和由具有高软化温度(Ts)的结构均聚物组成的域。离子导电聚合物和结构聚合物自行成序，并且微相分离。在本发明的又一实施方式中，微相域聚合物材料是具有离子导电聚合物嵌段和具有高软化温度(Ts)的结构聚合物嵌段的嵌段共聚物。微相域聚合物材料可与盐类(诸如锂盐)相结合，从而产生在所需的高工作温度下为固体的离子导电材料以用于电池等。
对于本公开内容而言，我们使用术语“软化温度(Ts) ”来指玻璃化转变温度(针对玻璃态聚合物)或熔解温度(针对结晶聚合物)。在许多实施方式中，我们讨论了玻璃态聚合物，所以我们使用术语“玻璃化转变温度(Tg)”。应当理解对于其中使用了结晶聚合物的实施方式而言，术语“熔解温度CU”可以代替Tg。
先前已经公开了基于聚苯乙烯(PS)和聚环氧乙烷(PEO)的嵌段共聚物的高导电聚合物电解质，例如，在提交于2008年10月I日的美国专利申请号12/225934、提交于2008 年11月14日的美国专利申请号12/2711828以及提交于2009年I月16日的国际专利申请号PCT/US09/31356中，所有这些申请均通过引用包括在本文中。这些聚合物的近似化学结构如下面的(I)所示，其中m和η分别为聚苯乙烯和聚环氧乙烷嵌段的重复单元数。
权利要求
1.一种聚合物组合物，包含有序的纳米结构，所述纳米结构包含以下的基质由第一聚合物的缔合限定的第一域；以及由第二聚合物的缔合限定的第二域；其中所述第二域具有不低于190°C的软化温度。
2.如权利要求1所述的聚合物，其中所述软化温度不低于200°C。
3.如权利要求1所述的聚合物，其中所述软化温度不低于210°C。
4.如权利要求1所述的聚合物，其中所述软化温度不低于220°C。
5.如权利要求1所述的聚合物，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物形成嵌段共聚物，每个嵌段共聚物包含作为第一嵌段的第一聚合物和作为第二嵌段的第二聚合物。
6.如权利要求5所述的聚合物，其中所述第一嵌段选自聚醚、聚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、 烷基碳酸酯、聚腈、聚硅氧烷、聚膦嗪、聚烯烃、聚二烯及其组合。
7.如权利要求5所述的聚合物，其中所述第一嵌段包含具有主链和侧基的梳状聚合物。
8.如权利要求7所述的聚合物，其中所述主链选自聚硅氧烷、聚膦嗪、聚醚、聚二烯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯及其组合。
9.如权利要求8所述的聚合物，其中所述侧基选自低聚醚、取代的低聚醚、腈基、砜、硫醇、聚醚、聚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、烷基碳酸酯、聚腈、其他极性基团及其组合。
10.如权利要求5所述的聚合物，其中所述第二嵌段选自聚苯醚、聚(2，6_二甲基-1， 4-苯醚)(PXE)、聚(苯硫醚)、聚(苯硫醚砜)、聚(苯硫醚酮)、聚(苯硫醚酰胺)和聚砜。
11.一种聚合物，该聚合物包含以下结构
12.如权利要求11所述的聚合物，其进一步包含具有以下结构的额外基团
13.—种聚合物，该聚合物包含离子导电相；以及结构相，其中所述结构相具有不低于190°C的软化温度；并且其中所述相形成微相分离的域结构。
14.如权利要求13所述的聚合物，其中所述结构相包含PXE。
15.如权利要求13所述的聚合物，其中所述离子导电相和所述结构相形成嵌段共聚物，其中第一嵌段的缔合形成所述离子导电相，且第二嵌段的缔合形成所述结构相。
16.一种聚合物，该聚合物包含多个嵌段共聚物链的缔合，每个嵌段共聚物链包含至少一个离子导电嵌段；和与所述离子导电嵌段不混溶的至少一个PXE嵌段；其中所述链以包含以下连续基质的有序纳米结构排列由所述离子导电嵌段的缔合限定的第一域；以及由所述PXE嵌段的缔合限定的第二域。
17.一种合成PXE-PEO嵌段共聚物的方法，该方法包括以下步骤a)将PXE溶解在干燥的溶剂中以形成第一溶液；b)将t-BuP4溶液加入到所述第一溶液中以形成第二溶液；c)搅拌所述第二溶液；d)将EO加入到所述第二溶液中以形成第三溶液；e)搅拌所述第三溶液；f)在所述聚合物的非溶剂己烷中沉淀所述第三溶液；其中在所述方法中不使用金属。
全文摘要
公开了基于聚(2，6-二甲基-1，4-苯醚)和其他高软化温度聚合物的新型聚合物组合物。这些材料具有微相域结构，该微相域结构具有离子导电相和具有良好机械强度及高软化温度的相。在一种配置中，结构嵌段具有约210℃的软化温度。这些材料可用均聚物或嵌段共聚物制成。
文档编号C08L61/04GK103003356SQ201180034544
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者锦·杨, H·B·埃陶尼, M·辛 申请人:西奥公司