Un proceso para la producción de una composición de electrolito para baterías o condensadores eléctricos de doble capa,

comprendiendo dicha composición de electrolito

(A) un componente polimérico que contiene al menos un grupo ciclocarbonato representado por la fórmula (1) descrita a continuación

Composiciones de electrolito.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a composiciones de electrolito para baterías o condensadores eléctricos de doble capa que pueden denominarse simplemente, en lo sucesivo en este documento, "condensadores", a películas que comprenden las composiciones, a baterías o condensadores que hacen uso de tales películas, a procesos de producción de (co)polímeros u oligómeros útiles como medios conductores de iones en las composiciones y a los (co)polímeros u oligómeros producidos mediante los procesos.

Teniendo en cuenta los desarrollos de la tecnología de la información (IT) en los últimos años, se han conseguido logros notables en las reducciones del tamaño y del peso de los equipos electrónicos, que conducen especialmente a la proliferación de ordenadores personales portátiles y asistentes personales digitales (equipo terminal de información portátil) y también a una mayor demanda de equipos portátiles, tales como relojes, radios portátiles, reproductores de casete portátiles, reproductores de disco compacto portátiles, videocámaras, teléfonos móviles y cámaras digitales.

Para conseguir el paso hacia modelos más pequeños y de mayor rendimiento de estos equipos electrónicos, se requiere que las baterías secundarias de ión litio empleadas como fuentes de energía tengan también un espesor, peso y tamaño reducidos, y también que tengan un rendimiento mejorado. Estas baterías secundarias de ión litio se caracterizan por ser adecuadas para las reducciones del tamaño y del peso de los equipos electrónicos portátiles y también para un uso prolongado, porque tienen alta densidad de energía por unidad de volumen, son de alta tensión y de peso más ligero que otras baterías. Debido a que estas baterías tienen tanto una mayor densidad de energía como una mayor densidad de salida y pueden fabricarse con tamaños menores, se han hecho intentos de fabricarlas para montarlas como baterías de coche, junto con una batería híbrida de metal de níquel, en vehículos híbridos o en coches eléctricos.

Las baterías secundarias de ión litio usan, como medios conductores de iones, disolventes orgánicos, tales como carbonato de etileno y carbonato de propileno. Para conseguir reducciones en el peso y espesor y mejoras en la seguridad, sin embargo, se han desarrollado baterías secundarias de litio polimérico. Estas baterías secundarias de litio polimérico hacen uso de electrolitos poliméricos, que a su vez usan óxido de polietileno, poliacrilonitrilo u olefinas polifluoradas como medios conductores de iones.

Las baterías que hacen uso de estos medios conductores de iones poliméricos son muy eficaces desde el punto de vista de conseguir reducciones en el peso y espesor, y mejoras en la seguridad. Comparadas con las baterías que hacen uso de disolventes orgánicos como medios conductores de iones, sin embargo, sus conductividades iónicas específicas están asociadas con la transferencia de iones litio, y se considera que dar el rendimiento más importante como baterías no es suficiente, por lo que se desean estas mejoras adicionales.

Además, los electrolitos sólidos poliméricos se proponen en el documento JP-A-6-223842, cada uno de los cuales contiene un polímero orgánico que tiene grupos carbonato como medio conductor de iones y una sal metálica como componente electrolítico. Como el monómero del medio conductor de iones polimérico, se ejemplifican carbonato de vinil etileno, metacrilato de etilen carbonato, metacrilato de polietilenglicol de etilen carbonato y similares. En cuanto a las conductividades iónicas de los electrolitos sólidos poliméricos que contienen homopolímero de carbonato de vinil etileno, 2,3 x 10^-4 a 9,8 x 10^-4 S/cm se midieron a 25ºC, y por lo tanto, se obtuvieron resultados preferidos.

En cuanto al proceso para la síntesis de metacrilato de etilen carbonato o metacrilato de polietilenglicol de etilen carbonato, sin embargo, el metacrilato de epoxi o metacrilato de polietilenglicol epoxi se hidroliza con hidrogenocarbonato sódico en metacrilato de etilen diol o metacrilato de polietilenglicol de etilen diol. El hidrolizado resultante, se hace reaccionar con 3 equivalentes de trifosgeno (CCl₃O-CO-OCCl₃) en diclorometano para formar grupos ciclocarbonato.

Sin embargo, el diol y el trifosgeno son bifuncionales. Como una reacción secundaria en la reacción descrita anteriormente, pueden formarse enlaces carbonato lineales (esto es, acíclicos), o puede tener lugar una reacción bimolecular o reacción de policondensación entre los propios monómeros. Por otro lado, el polímero tiene una alta posibilidad de experimentar una reacción de reticulación intermolecular. Además, el trifosgeno empleado en la reacción descrita anteriormente no es nocivo ni corrosivo, de manera que tras su aplicación industrial, debe realizar un estudio sobre seguridad, mejoras en el medio de trabajo y la evacuación de residuos. Para la aplicación industrial de un electrolito sólido polimérico en gran cantidad, por lo tanto, se requiere que su proceso de síntesis sea fácil, implique sustancialmente nada o sólo una pequeña reacción secundaria, asegure un buen rendimiento y permita una producción económica a bajo coste.

Sumario de la invención

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una composición de electrolito que contenga un medio polimérico conductor de iones de acuerdo con la reivindicación 8, que pueda producirse industrialmente con facilidad y seguridad de acuerdo con la reivindicación 1 y que tenga una conductividad iónica cercana a la de los electrolitos basados en disolventes orgánicos. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una película compuesta por la composición. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una batería o condensador que haga uso de la composición de electrolito o de la membrana. Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar un proceso de producción de un (co)polímero útil como el medio conductor de iones en la composición descrita anteriormente. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar el (co)polímero producido mediante el proceso.

Los objetos descritos anteriormente pueden conseguirse mediante la presente invención, que se describirá en lo sucesivo en este documento. Descrita específicamente, la presente invención proporciona, en un aspecto de la misma, una composición de electrolito para baterías o condensadores eléctricos de doble capa. La composición de electrolito comprende (A) un componente polimérico y, finalmente, (B) un componente oligomérico y (C) un componente electrolítico. El componente polimérico (A) es (A-1) un (co)polímero que contiene al menos un grupo ciclocarbonato representado por la fórmula (1) descrita a continuación, obtenido haciendo reaccionar dióxido de carbono con un (co)polímero, que contiene al menos un grupo epoxi, y/o (A-2) un (co)polímero, que no está de acuerdo con la invención, obtenido (co)polimerizando un monómero que contiene al menos un grupo ciclocarbonato representado por la fórmula (1) descrita a continuación, que se ha obtenido haciendo reaccionar dióxido de carbono con un monómero que contiene al menos un grupo epoxi. El componente oligomérico (B) es un oligómero que contiene dos o más grupos ciclocarbonato representados por la fórmula (1) descrita a continuación, obtenido haciendo reaccionar dióxido de carbono con un oligómero, que contiene dos o más grupos epoxi en una molécula.

en la que Y representa un grupo de unión a la cadena principal del (co)polímero (A-1) o (A-2) correspondiente, y R representa un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos de carbono.

De acuerdo con la presente invención, el (co)polímero y el oligómero permiten la introducción fácil y cuantitativa de uno o más grupos ciclocarbonato en los mismos usando dióxido de carbono inocuo y económico. El (co)polímero y el oligómero tienen una conductividad iónica cercana a la de los medios conductores de iones basados en disolventes orgánicos, y puede proporcionar, económicamente, composiciones de electrolito que contengan dichos materiales, películas compuestas por las composiciones y baterías o condensadores que hagan uso de dichas composiciones o películas de electrolito.

Descripción detallada...

1. Un proceso para la producción de una composición de electrolito para baterías o condensadores eléctricos de doble capa, comprendiendo dicha composición de electrolito

dicho proceso comprende, para la preparación del componente polimérico (A), la siguiente etapa:

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho ácido carboxílico a,ß-insaturado comprende al menos un ácido carboxílico a,ß-insaturado seleccionado entre el grupo que consiste en ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido maleico, ácido fumárico y ácido itacónico.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho (co)polímero es un homopolímero de metacrilato de glicidilo o un copolímero de metacrilato de glicidilo y otro cualquiera o más monómero o monómeros.

4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho otro monómero se selecciona entre el grupo que consiste en metacrilato de 2-hidroxietilo, monometacrilato de polietilenglicol, monometacrilato de metoxipolietilenglicol, acrilato de butilo y acrilato de 2-etilhexilo.

5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho componente polimérico (A) es un (co)polímero no reticulado y/o un (co)polímero reticulado.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho componente electrolítico (C) es al menos un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en compuestos que forman iones litio, iones sodio, iones potasio, iones amoniaco o iones tetraalquilamonio.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho componente electrolítico (C) es al menos un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en bromuro de litio, yoduro de litio, tiocianato de litio, perclorato de litio, tetrafluoroborato de litio, hexafluorofosfato de litio, trifluorometanosulfonato de litio, bis(trifluorometanosulfonil)amiduro de litio, perclorato de tetraetilamonio, tetrafluoroborato de tetraetilamonio y hexafluorofosfato de tetraetilamonio.

8. Una composición de electrolito para baterías o condensadores eléctricos de doble capa, comprendiendo dicha composición de electrolito