專(zhuān)利名稱：具有低共熔混合物和腈化合物的電解質(zhì)及含有所述電解質(zhì)的電化學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含低共熔混合物和腈化合物的電解質(zhì)，以及含有所述電解質(zhì)的電化
學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
將多種電解質(zhì)用于當(dāng)代的電化學(xué)裝置，例如，鋰二次電池、電解電容器、雙電層電容器、電致變色顯示裝置以及目前以多種方式進(jìn)行研究以用于未來(lái)商業(yè)化的染料敏化太陽(yáng)能電池，并且電解質(zhì)的重要性日益增加。特別地，鋰二次電池具有高能量密度和長(zhǎng)壽命周期，因而它們是關(guān)注的中心。一般地，鋰二次電池包括由碳材料或鋰金屬合金制成的負(fù)極、由鋰金屬氧化物制成的正極以及通過(guò)將鋰鹽溶于有機(jī)溶劑而制造的電解質(zhì)。鋰金屬氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和容量是由鋰離子的嵌入反應(yīng)和脫嵌(disintercalation)反應(yīng)而決定的。鋰金屬氧化物的容量隨充電電位的上升而增加，但是鋰金屬氧化物因此變得結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。電極的這種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)引起氧的產(chǎn)生，這可能引起電池中的過(guò)熱或與所述電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而可能導(dǎo)致電池的爆炸。目前，廣泛用于鋰二次電池電解質(zhì)的有機(jī)溶劑包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、二甲氧基乙烷、Y-丁內(nèi)酯(GBL)、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、乙腈等。這些有機(jī)溶劑一般具有高揮發(fā)性和高可燃性，所以使用這種有機(jī)溶劑的鋰二次電池可能在其穩(wěn)定性特別是高溫穩(wěn)定性方面具有問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，已經(jīng)提出使用咪唑錫基或銨基離子液體作為鋰二次電池的電解質(zhì)。然而，在比鋰離子更高的電壓下這種離子液體可能在負(fù)極中被還原，或者可能將咪唑錯(cuò)或銨陽(yáng)離子與鋰離子一起插入到負(fù)極中，這反而降低了電池性能。同時(shí)，韓國(guó)專(zhuān)利注冊(cè)10-751203和韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公布10_2007_85575公開(kāi)了鋰鹽和酰胺化合物的低共熔混合物作為電解質(zhì)，所述酰胺化合物如乙酰胺、脲、甲基脲、己內(nèi)酰胺、戊內(nèi)酰胺、三氟乙酰胺、氨基甲酸酯、甲酰胺等，其由特定化學(xué)式表示。這種低共熔混合物顯示高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及比較寬的電化學(xué)窗(electrochemical window)，因此其解決了由使用現(xiàn)有有機(jī)溶劑而引起的諸如電解質(zhì)的蒸發(fā)或著火的問(wèn)題。因此，加速開(kāi)發(fā)多種低共熔混合物以作為電解質(zhì)。特別地，對(duì)于能提高電化學(xué)裝置的高溫穩(wěn)定性的電解質(zhì)存在增加的需要。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明的目的是提供顯示高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的低共熔混合物和腈化合物的電解質(zhì)，以及含有所述電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供低共熔混合物和腈化合物的電解質(zhì)以及含有所述電解質(zhì)的電化學(xué)裝置，所述電解質(zhì)具有足夠低的粘度和高的離子傳導(dǎo)率并因此具有優(yōu)異的充放電性能。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的電解質(zhì)包含(a)由下列化學(xué)式1或2表示的酰胺化合物和可電離的鋰鹽的低共熔混合物；和(b)腈化合物。化學(xué)式權(quán)利要求
1. 一種電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包含(a)由下列化學(xué)式1或2表示的酰胺化合物和可電離的鋰鹽的低共熔混合物；和(b)腈化合物 化學(xué)式1
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述酰胺化合物是選自下列的任何一種氨基甲酸甲酯、氨基甲酸乙酯、N-甲基氨基甲酸甲酯、N-甲基氨基甲酸乙酯、N-乙基氨基甲酸乙酯、 N-乙基氨基甲酸甲酯、N，N-二甲基氨基甲酸乙酯、N，N-二甲基氨基甲酸甲酯、N，N-二甲基氨基甲酸苯酯、N- 丁基氨基甲酸甲酯、N-苯基氨基甲酸甲酯、N-乙基-N-苯基氨基甲酸乙酯、N-甲氧基乙基氨基甲酸甲酯、N-甲氧基乙基-N-甲基氨基甲酸甲酯、N-甲氧基甲基-N-甲基氨基甲酸甲酯、N，N-二甲基氨基甲酸甲氧基乙酯、N-甲基-N-甲氧基乙基氨基甲酸甲氧基乙酯、N-甲基-N-甲氧基乙基氨基甲酸甲氧基甲酯、N-甲氧基甲基-N-甲基氨基甲酸乙酯、N-甲氧基甲基-N-乙基氨基甲酸甲酯、N-甲氧基甲基-N-甲基氨基甲酸三氟乙酯、N-甲基脲、N，N' -二甲基脲、N-(2-甲氧基乙基)-N-甲基哌啶-1-甲酰胺、S-苯基-Ν-2-甲氧基乙基-N-甲基硫代氨基甲酸酯、丨丨惡唑烷酮和N-甲基噃唑烷酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中化學(xué)式1中的R、R1和&中的至少一個(gè)是未取代或被鹵素取代的碳原子數(shù)為1 20的烷氧基或烷氧基烷基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述鋰鹽的陰離子是選自下列的任何一種F_、 Cr、Br\ Γ、NO” N(CN) ” BF4\ CIO;、PF6\ (CF3) 2PF4\ (CF3) 3PF”(CF3) 4PF”(CF3) 5ΡΓ、 (CF3) 6P\ CF3SOp CF3CF2SOp (CF3SO2)2N^ (FSO2) 2N\ CF3CF2 (CF3) 2C0\ (CF3SO2)2CH^ (SF5) 3C\ (CF3SO2) 3C\ CF3 (CF2) S7O3^ CF3C02\ CH3S03\ CH3C02\ SCN-和(CF3CF2SO2)具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述低共熔混合物以1 1 8 1的摩爾比包含所述酰胺化合物和所述鋰鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述腈化合物由下列化學(xué)式3表示化學(xué)式3N = C-R3其中民是選自未取代或被至少一個(gè)鹵素取代的碳原子數(shù)為1 10的烷基、烷基胺基、 烯基、芳基、烷氧基烷基和烷氧基中的任何一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電解質(zhì)，其中化學(xué)式3中的民是未取代或被至少一個(gè)氟原子取代的碳原子數(shù)為1 10的烷氧基烷基或烷氧基。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述腈化合物為選自下列的任何一種乙腈、丙腈、 丁腈、戊腈、辛腈、庚腈、環(huán)戊烷甲腈、環(huán)己烷甲腈、2-氟芐腈、4-氟芐腈、二氟芐腈、三氟芐腈、苯乙腈、2-氟苯乙腈、4-氟苯乙腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、乙氧基丙腈或它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中基于100重量份的所述低共熔混合物，所述腈化合物的含量是5 200重量份。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)的粘度為IOOcP以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)的粘度為5 20cP。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率為5 lOmS/cm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，所述電解質(zhì)還包含選自直鏈碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯和它們的混合物中的至少一種碳酸酯類(lèi)化合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電解質(zhì)，其中所述碳酸酯類(lèi)化合物是選自下列的任何一種碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、 碳酸亞丁酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、二甲亞砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)和γ-丁內(nèi)(GBL)或它們的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)是聚合物電解質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電解質(zhì)，其中所述聚合物電解質(zhì)是通過(guò)(i)權(quán)利要求1的電解質(zhì)和(ii)含有單體的前體溶液的聚合反應(yīng)獲得的產(chǎn)物，所述單體能通過(guò)所述聚合反應(yīng)形成聚合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的電解質(zhì)，其中所述單體是乙烯基單體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的電解質(zhì)，其中所述乙烯基單體是選自下列的任何一種丙烯腈、 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、甲基苯乙烯、乙烯基酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯酰胺、四氟乙烯、乙酸乙烯酯、甲基乙烯基酮、乙烯、苯乙烯、對(duì)甲氧基苯乙烯和對(duì)氰基苯乙烯或它們的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的電解質(zhì)，其中權(quán)利要求1的電解質(zhì)與在所述前體溶液中的單體的重量比是0. 5 0. 95 0.05 0.5。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的電解質(zhì)，其中所述凝膠聚合物電解質(zhì)通過(guò)在電化學(xué)裝置中進(jìn)行原位聚合而獲得。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的電解質(zhì)，其中所述聚合物電解質(zhì)通過(guò)將權(quán)利要求1的電解質(zhì)浸入到聚合物中而獲得。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電解質(zhì)，其中所述聚合物是選自下列的任何一種聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚環(huán)氧乙烷和聚甲基丙烯酸羥乙酯或它們的混合物。
23.一種電化學(xué)裝置，其包括 正極；負(fù)極；和電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)是權(quán)利要求1 22任一項(xiàng)中所限定的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電化學(xué)裝置，其中所述電化學(xué)裝置是鋰二次電池。
25.根據(jù)權(quán)利要求M的電化學(xué)裝置，其中所述鋰二次電池是袋型二次電池，并且其中在將所述袋型二次電池充電至4. 2V并在90 V下放置4小時(shí)之后，所述袋型二次電池具有10%以下的厚度變化率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電解質(zhì)和含有所述電解質(zhì)的電化學(xué)器件，所述電解質(zhì)包含(a)酰胺化合物和可電離的鋰鹽的低共熔混合物；和(b)腈化合物。電解質(zhì)中的低共熔混合物和腈化合物有助于優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及充分低的粘度和高的離子傳導(dǎo)率?？梢詫⑺鲭娊赓|(zhì)用作電化學(xué)裝置的電解質(zhì)。
文檔編號(hào)H01M10/05GK102210054SQ201080003151
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者吳宰丞, 樸志源, 李曉真, 李秉培, 洪蓮叔, 金東洙 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)