[發明專利]電化學裝置用電解質、制備所述電解質的方法以及包含所述電解質的電化學裝置

有效

• 申請號: 201180065551.0
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN103329332A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 權友涵;金帝映;吳丙薰;金奇泰
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/0569;C08J5/22
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術領域

本發明涉及電化學裝置用電解質、制備所述電解質的方法以及包含所述電解質的電化學裝置。更具體地，本發明涉及一種塑性晶體基質電解質。

背景技術

本申請主張于2011年1月20日在韓國提交的韓國專利申請10-2011-0006006號的優先權，通過參考將其完整內容并入本文中。

二次電池是代表性的電化學裝置，其中將轉換成化學能的外部電能進行儲存并在需要時產生電。二次電池也稱作“可再充電的電池”，這是因為其能夠重復充放電。經常將鉛酸電池、鎳鎘(NiCd)電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰離子電池和鋰離子聚合物電池用作二次電池。二次電池比原電池具有經濟和環境優勢，所述原電池在儲存在其中的能量耗盡之后被丟棄。

在需要低功率的應用如用于幫助汽車引擎啟動的裝置、便攜式裝置、儀器和不間斷電力供應系統中，經常使用二次電池。近期在無線通訊技術方面的發展，導致便攜式裝置普及化并呈現將多種現有裝置連接到無線網絡的趨勢。在這種情況下，對二次電池的需求呈爆炸性增長。為了防止環境污染，已經將混合動力汽車和電動汽車付諸實際使用。通過使用基于二次電池的技術，這些下一代汽車降低了成本和重量并延長了其壽命。

通常，大部分二次電池因其制造工藝而為圓柱形、棱柱形或袋型形狀。即，典型地通過將由正極、負極和隔膜構成的電極組件插入圓柱形或棱柱形金屬罐或由鋁層壓板制成的袋型殼中，并將電解質注入所述電極組件中，制造二次電池。因此，圓柱形、棱柱形或袋型二次電池需要特定的空間以進行組裝，這對于開發各種便攜式裝置而言是一種障礙。由此，需要一種新型的形狀易于改變的二次電池，且特別地需要適用于二次電池中的電解質，其具有高離子傳導率而不存在任何泄漏的危險。

將具有其中將鹽溶于非水有機溶劑中而得到的液體形式的離子傳導性有機電解質主要用于基于電化學反應的常規電化學裝置中。然而，使用具有液體形式的這種電解質造成電極材料劣化，提高有機溶劑蒸發的可能性，并造成安全問題，例如因高環境溫度和升高的電池溫度造成燃燒。另外的問題是泄露的危險和在實現各種電化學裝置方面的困難。在為了克服這種液體電解質的安全問題而進行的嘗試中，已經提出了聚合物電解質如膠凝聚合物電解質和固體聚合物電解質。通常已知的是，電化學裝置的安全性以液體電解質、膠凝聚合物電解質和固體聚合物電解質的順序升高，但其性能以相同的順序下降。已知的是，使用固體聚合物電解質的電化學裝置因這些差的性能而尚未商業化。與液體電解質相比，膠凝聚合物電解質具有低的離子傳導率，存在泄漏的危險，并造成差的機械性質。

韓國未審查的專利公布2008-33421號公開了一種電解質，其使用塑性晶體基質代替液體有機溶劑。所述電解質展示了與液體電解質大致相當的離子傳導率。然而，所述電解質因其類似于液體的流動性而展示了非常差的機械性質。實際上，需要隔膜以在電池中使用電解質時防止短路。在某些情況中，考慮引入線性聚合物基質如聚環氧乙烷以改善塑性晶體基質電解質的機械強度。然而，即使在這些情況中，電解質仍不會具有足以取消隔膜的需要的機械性質。需要干燥以將用于溶解線性聚合物的溶劑除去，導致工藝復雜化。

由此，迫切需要開發一種固體電解質，其使用具有改進的機械性質的塑性晶體基質電解質，并保持所述塑性晶體基質電解質的高離子傳導率。

發明內容

技術問題

本發明用于解決現有技術的問題，因此本發明的目的是提供一種具有高離子傳導率并能夠確保機械強度的塑性晶體基質電解質、以及制備所述電解質的方法。

技術方案

根據本發明的一個方面，提供一種電化學裝置用電解質，其包含如下物質的復合材料：離子鹽摻雜的塑性晶體基質電解質，以及交聯的聚合物結構，所述交聯的聚合物結構具有線性聚合物作為化學結合到其上的側鏈，其中所述線性聚合物具有100～5000的重均分子量和一種官能團。所述復合材料還可包含不含官能團的線性聚合物。

本發明的電解質可包含40重量%～90重量%離子鹽摻雜的塑性晶體基質電解質。作為塑性晶體基質，可使用例如丁二腈。

所述離子鹽優選為鋰鹽。適合用作所述離子鹽的鋰鹽的實例包括雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、雙(全氟乙磺酰基)酰亞胺鋰和四氟硼酸鋰。

作為具有100～5000的重均分子量和一種官能團的線性聚合物，可使用例如聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯或聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯。