WO2007113236A1

Solid polymeric electrolytes based on triblock copolymers, in particular polystyrene-poly(oxyethylene)-polystyrene copolymers

Abstract

Solid Polymeric Electrolyte (SPE) comprising at least one electrolyte salt and at least one linear triblock copolymer A-B-A, in which: - the A blocks are polymers which can be prepared from one or more monomers, chosen from styrene, o-methylstyrene, p-methylstyrene, m-t-butoxy-styrene, 2,4-dimethylstyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, 4-carboxystyrene, vinylanisole, vinylbenzoic acid, vinylaniline, vinylnaphthalene and 9-vinylanthracene, C<SUB>1</SUB> to C<SUB>10</SUB> alkyl methacrylates, chloromethylstyrene, divinylbenzene, trimethylolpropane triacrylate, tetramethylolpropane tetraacrylate, C<SUB>1</SUB> to C<SUB>10</SUB> alkyl acrylates, acrylic acid and methacrylic acid; - the B block is a polymer which can be prepared from one or more monomers chosen from ethylene oxide (EO), propylene oxide (PO), poly(ethylene glycol) acrylates (PEGA), and poly(ethylene glycol) methacrylates (PEGMA). Cell of a rechargeable battery or accumulator comprising an anode and a cathode, intercalated between which is said solid polymer electrolyte.

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29 claims: 19 independent, 10 dependent

  1. 1
    CLAIMS 1. Solid Polymer Electrolyte (EPS) comprising at least one electrolyte salt and at least one linear triblock copolymer ABA, in which:REVENDICATIONS 1. Electrolyte Polymère Solide (EPS) comprenant au moins un sel electrolyte et au moins un copolymère tribloc linéaire A-B-A, dans lequel : - les blocs A sont des polymères susceptibles d'être préparés à partir d'un ou plusieurs monomères, choisis parmi le styrène, l' o-méthylstyrène, le p-méthylstyrène, le m-t-butoxystyrène, le 2,4- diméthylstyrène, le m-chlorostyrène, le p- chlorostyrène, le 4-carboxystyrène, le vinylanisole, l'acide vinylbenzoïque, la vinylaniline, le vinylnaphtalène, et le 9-vinylanthracène, les méthacrylates d'alkyle de 1 à 1OC, le 4- chlorométhylstyrène, le divinylbenzène, le triméthylol propane triacrylate, le tétraméthylolpropane tétraacrylate, les acrylates d'alkyle de 1 à 1OC, l'acide acrylique, l'acide méthacrylique ;- the blocks A are polymers capable of being prepared from one or more monomers, chosen from styrene, o-methylstyrene, p-methylstyrene, mt-butoxystyrene, 2,4-dimethylstyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, 4-carboxystyrene, vinylanisole, vinylbenzoic acid, vinylaniline, vinylnaphthalene, and 9-vinylanthracene, alkyl methacrylates from 1 to 1OC, 4-chloromethylstyrene, divinylbenzene, trimethylol propane triacrylate, tetramethylolpropane tetraacrylate, alkyl acrylates from 1 to 1OC, acrylic acid, methacrylic acid;- block B is a polymer capable of being prepared from one or more monomers chosen from ethylene oxide (OE), propylene oxide (OP), poly (ethylene glycol) acrylates ( APEG), and poly (ethylene glycol) methacrylates (MAPEG). - le bloc B est un polymère susceptible d'être préparé à partir d'un ou plusieurs monomères choisis parmi l'oxyde d' éthylène (OE), l'oxyde de propylène (OP), les acrylates de poly (éthylène glycol) (APEG), et les méthacrylates de poly (éthylène glycol) (MAPEG) .
  2. 5
    Electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the block B is a homopolymer or else a random copolymer. 5. Electrolyte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bloc B est un homopolymère ou bien un copolymère statistique.
  3. 6
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the blocks A are chosen from polystyrene (PS) blocks, poly (1 to 10 C alkyl methacrylate blocks), poly (acid blocks) acrylic), poly (methacrylic acid) blocks, poly (styrene / acrylic acid) statistical blocks, poly (styrene / methacrylic acid) statistical blocks, the poly (alkyl methacrylate in 1 to 1OC / acrylic acid) statistical blocks and the poly (alkyl methacrylate / methacrylic acid) statistical blocks. 6. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les blocs A sont choisis parmi les blocs de polystyrène (PS), les blocs de poly (méthacrylate d'alkyle en 1 à 10 C), les blocs de poly (acide acrylique), les blocs de poly (acide méthacrylique) , les blocs statistiques de poly (styrène/acide acrylique), les blocs statistiques de poly (styrène/acide méthacrylique), les blocs statistiques de poly (méthacrylate d'alkyle en 1 à lOC/acide acrylique) et les blocs statistiques de poly (méthacrylate d' alkyle/acide méthacrylique).
  4. 7
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the blocks B are chosen from blocks of poly (ethylene oxide) (POE), blocks of poly (propylene oxide) (POP), blocks of random POE / POP copolymers, poly (poly (ethylene glycol) methacrylate) blocks, and poly (poly (ethylene glycol) acrylate) blocks. 7. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les blocs B sont choisis parmi les blocs de poly (oxyde d'éthylène) (POE), les blocs de poly (oxyde de propylène) (POP) , les blocs de copolymères statistiques POE/POP, les blocs de poly (méthacrylate de poly (éthylène glycol) ) , et les blocs de poly (acrylate de poly (éthylène glycol)).
  5. 8
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the ABA triblock copolymer of EPS according to the invention is chosen from the following copolymers:- the copolymers in which the block B is a block of POE and the two blocks A are blocks of poly (1-10 C alkyl methacrylate);8. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le copolymère tribloc ABA de l'EPS selon l'invention est choisi parmi les copolymères suivants : - les copolymères dans lesquels le bloc B est un bloc de POE et les deux blocs A sont des blocs de poly (méthacrylate d'alkyle en 1 à 10 C) ;- les copolymères dans lesquels le bloc B est un bloc de POE et les deux blocs A sont des blocs de poly (acide acrylique) ou bien des blocs de poly (acide méthacrylique) ;- the copolymers in which the block B is a block of POE and the two blocks A are blocks of poly (acrylic acid) or else blocks of poly (methacrylic acid);- les copolymères dans lesquels le bloc B est un bloc de POE et les blocs A sont des blocs de polystyrène ;- the copolymers in which the block B is a block of POE and the blocks A are blocks of polystyrene;- les copolymères dans lesquels le bloc B est un bloc de poly (acrylate de poly (éthylène glycol) ) ou bien de poly (méthacrylate de poly (éthylène glycol)) et les blocs A sont des blocs de polystyrène ;- les copolymères dans lesquels le bloc B est un bloc de poly (acrylate de poly (éthylène glycol)) ou bien de poly (méthacrylate de poly (éthylène glycol)) et les blocs A sont des blocs d'acide poly (acrylique) ou d'acide poly (méthacrylique) ou de poly (méthacrylate d'alkyle en 1 à 10C) . - the copolymers in which the block B is a block of poly (poly (ethylene glycol) acrylate) or else of poly (poly (ethylene glycol) methacrylate) and the blocks A are polystyrene blocks;- the copolymers in which the block B is a block of poly (poly (ethylene glycol) acrylate) or else of poly (poly (ethylene glycol) methacrylate) and the blocks A are blocks of poly (acrylic) acid or poly (methacrylic) acid or poly (1-10C alkyl methacrylate).
  6. 9
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the ABA triblock copolymer corresponds to one of the following formulas (I) (II) (III) (IV):9. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le copolymère tribloc A-B-A répond à l'une des formules (I) (II) (III) (IV) suivantes : Ri = alkyl group Cl to ClO (H) (III) (IV) in which m is an integer from 5 to 1000, n is an integer from 2 to 5000, p is an integer from 2 to 50, Ri represents an alkyl group from 1 to 1OC, and R represents H or CH3. Ri = groupement alkyle Cl à ClO (H) (III) (IV) dans lesquelles m est un nombre entier de 5 à 1000, n est un nombre entier de 2 à 5000, p est un nombre entier de 2 à 50, Ri représente un groupe alkyle de 1 à 1OC, et R représente H ou CH3.
  7. 10
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the ABA copolymer is a PS-b-POE-b-PS copolymer. 10. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le copolymère A-B-A est un copolymère PS-b-POE-b-PS .
  8. 11
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the proportion of blocks A of the copolymer is less than or equal to 35%, preferably less than or equal to 30%, preferably strictly less than 30%, better still less than or equal at 25% by mass relative to the total mass of the copolymer. 11. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la proportion de blocs A du copolymère est inférieure ou égale à 35%, de préférence inférieure ou égale à 30%, de préférence strictement inférieure à 30%, mieux inférieure ou égale à 25% en masse par rapport à la masse totale du copolymère.
  9. 13
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the number-average molecular mass of each of the blocks A of the copolymer is from 500 to 30,000, preferably from 1,000 to 10,000 g / mol, more preferably from 1,500 to 3000 g / mol. 13. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse moléculaire moyenne en nombre de chacun des blocs A du copolymère, est de 500 à 30000, de préférence de 1000 à 10000 g/mol, de préférence encore de 1500 à 3000 g/mol.
  10. 14
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the number-average molecular mass of the block B is from 2000 to 200,000 g / mol, preferably from 5,000 to 20,000 g / mol, more preferably from 8,000 to 15,000 g / mol. 14. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse moléculaire moyenne en nombre du bloc B est de 2000 à 200000 g/mol, de préférence de 5000 à 20000 g/mol, de préférence encore de 8000 à 15000 g/mol .
  11. 15
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the number-average molecular mass of the ABA triblock copolymer is from 2,500 to 260,000 g / mol, preferably from 10,000 to 50,000 g / mol, more preferably from 12,000 to 30,000 g / mol. 15. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse moléculaire moyenne en nombre du copolymère tribloc A-B-A est de 2500 à 260000 g/mol, de préférence de 10000 à 50000 g/mol, de préférence encore de 12000 à 30000 g/mol.
  12. 16
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the blocks A can be photocrosslinked or thermocrosslinked after the nanostructuring and the preparation of the EPS. 16. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les blocs A peuvent être photoréticulé ou thermoréticulé après la nanostructuration et l'élaboration de l'EPS.
  13. 17
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims comprising a single ABA copolymer;or a mixture of several ABA copolymers, each with different structural units;or a mixture of at least one linear triblock copolymer ABA and at least one other homopolymer and / or copolymer. 17. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un seul copolymère ABA ;ou bien un mélange de plusieurs copolymères ABA, chacun avec des motifs structuraux différents ;ou un mélange d'au moins un copolymère tribloc linéaire ABA et d'au moins un autre homopolymère et/ou copolymère.
  14. 20
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the electrolyte salt is chosen from alkali metal salts, quaternary ammonium salts such as (CH3) 4NBF6, quaternary phosphonium salts such as (CH3) 4PBF6, transition metal salts such as AgClO4, or acids such as hydrochloric acid, perchloric acid, fluoroboric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid. 20. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le sel electrolyte est choisi parmi les sels de métaux alcalins, les sels d'ammonium quaternaire tels que (CH3) 4NBF6, les sels de phosphonium quaternaires tels que (CH3) 4PBF6, les sels de métaux de transition tels que AgClO4, ou les acides tels que l'acide chlorhydrique, l'acide perchlorique, l'acide fluoroborique, l'acide phosphorique, et l'acide sulfurique.
  15. 22
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, in which the amount of electrolyte salt added, defined by the ratio [central block B such as OE] / [Li] (in mole) is in the range from 0.01 to 200, preferably from 0.02 to 100, more preferably from 15 to 30. 22. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité de sel electrolyte ajoutée, définie par le rapport [bloc central B tel que OE] /[Li] (en mole) est dans la gamme de 0,01 à 200, de préférence de 0,02 à 100, de préférence encore de 15 à 30.
  16. 23
    A solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims further comprising a mineral filler. 23. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une charge minérale.
  17. 25
    Solid polymer electrolyte according to either of Claims 23 and 24, in which the mineral filler represents from 1 to 20% by weight of the solid polymer electrolyte. 25. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications 23 et 24, dans lequel la charge minérale représente de 1 à 20% en poids de 1' electrolyte polymère solide.
  18. 26
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims, which is in the form of a sheet, a membrane or a film. 26. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes qui se présente sous la forme d'une feuille, d'une membrane ou d'un film.
  19. 27
    Solid polymer electrolyte according to any one of the preceding claims which is further subjected to a heat treatment at a temperature of 40 to 1000C for a period of 2 to 300 hours. 27. Electrolyte polymère solide selon l'une quelconque des revendications précédentes qui est en outre soumis à un traitement thermique à une température de 40 à 1000C pendant une durée de 2 à 300 heures .
Independent claims19