专利名称：含有低共熔混合物的电解质和含有该电解质的电化学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有低共熔混合物(eutectic mixture)的电解质和一种含有该电解质的电化学装置。
背景技术：
近来，各种电解质被用于广泛使用的电化学装置，电解质的重要性日渐增加，所述电化学装置例如，锂二次电池、电解电容器(condenser)、双电层电容器(capacitor)、电致变色显示器(electrochromic)，及为实现实用化而被广泛研究的染料敏感性太阳能电池寸。特别地，锂二次电池备受瞩目，因为其具有高能量密度和长的寿命周期。一般地， 锂二次电池包含一个由碳材料或锂金属合金构成的阳极、一个由锂金属氧化物构成的阴极，和一种通过将锂盐溶于有机溶剂而形成的电解质。锂金属氧化物的结构稳定性和容量由锂离子的嵌入与脱出反应所决定。锂金属氧化物的容量随电荷电位的增加而增加，但相应地该锂金属氧化物的结构变得不稳定。电极的这种不稳定的结构会导致产生氧，这不仅造成电池过热，并且与电解质反应，可能会引起电池爆炸。最近，最常用于锂二次电池的电解质的有机溶剂包括碳酸亚乙酯(ethylene carbonate)、碳酸亚丙酉旨(propylene carbonate)、二甲氧基乙烧(dimethoxy ethane)、Y - 丁内酯(GBL)、N，N- 二甲基甲酰胺(dimethyl formamide)、四氢呋喃 (tetrahydrofurane)和乙腈(acetonitrile)等。这些有机溶剂通常具有高挥发性和高可燃性，因此采用所述有机溶剂的锂二次电池可能会在其稳定性、特别是高温稳定性方面存在问题。为解决该问题，提出了一种使用咪唑鐺基和铵基离子液体作为锂二次电池电解质的方法。但是，在阳极中，所述离子液体可在比锂离子高的电压下被还原，或者咪唑鐺或铵阳离子可与锂离子一起嵌入阳极中，反而破坏电池性能。同时，注册公布号为10-751203的韩国专利和韩国专利公布文本 No. 10-2007-85575公开了锂盐与酰胺化合物的低共熔混合物作为电解质，所述酰胺化合物例如乙酰胺、脲、甲脲、己内酰胺、戊内酰胺、三氟乙酰胺、氨基甲酸酯和甲酰胺，用规定化学式表示。所述低共熔混合物除了显示出相对较宽的电化学窗(electrochemical window) 以外，还显示出高的热稳定性及化学稳定性，因此它们解决了由使用现有有机溶剂引起的例如电解质蒸发或可燃等问题。因此，促进了对作为电解质的各种低共熔混合物的开发。特别是，对具有更好的高温稳定性和更小的电化学窗(electrochemical window)下限值的低共熔混合物电解质的需求在增加，以使用在需要多种电化学特征的电化学装置中。公开内容技术问题因此，本发明的一个目标为提供一种具有高的热稳定性及化学稳定性的电解质及含有该电解质的电化学装置。本发明的另一个目标为提供一种既有更好的高温稳定性又显示低的电化学窗 (electrochemical window)下限值、并显示出足够低的粘性和高的离子电导率的电解质， 和提供一种含有该电解质的电化学装置。技术方案在本发明的一个方面，提供了一种电解质，其包含(a) —种由以下化学式1或2表示的含烷氧基烷基的酰胺化合物与可电离的锂盐的低共熔混合物(eutectic mixture)；和 (b) 一种基于碳酸酯的化合物，化学式权利要求
1. 一种电解质，其含有(a)一种由化学式1或2表示的含烷氧基烷基的酰胺化合物与一种可电离的锂盐的低共熔混合物；和(b)一种基于碳酸酯的化合物， 化学式1
2.权利要求1的电解质，其中所述含烷氧基烷基的酰胺化合物为选自以下的任意一种Ν-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基酯、N-甲基-甲氧基甲基氨基甲酸甲氧基乙基酯、N-甲基-N-甲氧基乙基氨基甲酸甲氧基乙基酯、N-甲基-N-甲氧基乙基氨基甲酸甲氧基甲基酯、N-甲氧基乙基己内酰胺、N-甲氧基乙基噁唑烷酮、N-甲氧基乙基-N-甲基硫代氨基甲酸苯酯，和N-甲氧基乙基-N-甲基哌啶氨基甲酸酯。
3.权利要求1的电解质，其中所述锂盐的阴离子为选自以下的任意一种F_、Cl—、Br—、 Γ、NO” N(CN)” BF4\ C104\ PF6\ (CF3)2PF4\ (CF3) 3PF”(CF3)4PF” (CF3) 5PF\ (CF3) 6P\ CF3S(V、CF3CF2SOp (CF3SO2) 2N\ (FSO2) 2N\ CF3CF2 (CF3) 2C0\ (CF3SO2) 2CH\ (SF5) 3C\ (CF3SO2) 3C\ CF3 (CF2) 7S03\ CF3C02\ CH3C02\ SCN-和(CF3CF2SO2)具。
4.权利要求1的电解质，其中所述低共熔混合物含有的所述含烷氧基烷基的化合物和所述锂盐的摩尔比为1-8 1。
5.权利要求1的电解质，其中所述含有由化学式1表示的含烷氧基烷基的酰胺化合物
6.权利要求1的电解质，其中所述基于碳酸酯的化合物为选自线型碳酸酯和环状碳酸酯的任意一种，或它们的混合物。
7.权利要求6的电解质，其中所述基于碳酸酯的化合物为选自以下的任意一种碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸亚丁酯、碳酸甲基丙基酯、碳酸乙基丙基酯、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)和Y-丁内酯，或它们的混合物。
8.权利要求1的电解质，其中所述基于碳酸酯的化合物的含量基于100重量份所述低共熔混合物计，为5-200重量份。
9.权利要求1的电解质，其中所述电解质的粘度为50cP或更低。
10.权利要求9的电解质，其中所述电解质的粘度为4-30cP。
11.权利要求1的电解质，其中所述电解质的离子电导率为5-lOmS/cm。
12.权利要求1的电解质，其中所述电解质为一种聚合物电解质。
13.权利要求12的电解质，其中所述聚合物电解质为通过聚合一种前体溶液而形成的凝胶型聚合物电解质，所述前体溶液同时含有(i)上述(a)中的低共熔化合物和上述(b) 中的基于碳酸酯的化合物的混合物；和(ii) 一种单体。
14.权利要求13的电解质，其中所述单体为一种乙烯基单体。
15.权利要求14的电解质，其中所述乙烯基单体为选自以下的任意一种丙烯腈、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、1，1-二氯乙烯、丙烯酰胺、四氟乙烯、乙酸乙烯酯、甲基乙烯基酮、乙烯、苯乙烯、对甲氧基苯乙烯和对氰基苯乙烯，或它们的混合物。
16.权利要求13的电解质，其中所述凝胶型聚合物电解质通过电化学装置中的原位聚合得到。
17.权利要求12的电解质，其中所述聚合物电解质通过将上述(a)中的低共熔混合物与上述(b)中的基于碳酸酯的化合物的混合物浸入一种聚合物中而得到。
18.权利要求17的电解质，其中所述聚合物为选自以下的任意一种聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏1，1_ 二氟乙烯、聚氯乙烯、聚环氧乙烷和聚甲基丙烯酸羟乙酯，或它们的混合物。
19.一种电化学装置，其含有一个阳极、一个阴极和一种电解质，其中所述电解质为权利要求1定义的电解质。
20.权利要求19的电化学装置，其中所述电化学装置为一种锂二次电池。
21.权利要求20的电化学装置，其中所述锂二次电池为一种袋型二次电池，并且该袋型二次电池在充电至4. 2V然后在90°C搁置4小时之后的厚度变化率为10%或更低。
全文摘要
本发明公开了含有(a)一种含有特定结构的烷氧基烷基的酰胺化合物和可电离的锂盐的低共熔混合物；和(b)一种基于碳酸酯的化合物的电解质。本发明的电解质由于含有低共熔混合物，因此具有优良的热稳定性和化学稳定性，并显示出低的电化学窗下限值。此外，该电解质显示出足够低的粘度和高离子电导率，因此其可有效用作使用多种阳极材料的电化学装置的电解质。
文档编号H01M10/05GK102160228SQ200980136628
公开日2011年8月17日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年7月25日
发明者吴宰丞, 朴志源, 李晓真, 李秉培, 洪莲叔, 金东洙 申请人:株式会社Lg化学