[发明专利]电化学装置用电解质、制备所述电解质的方法以及包含所述电解质的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及电化学装置用电解质、制备所述电解质的方法以及包含所述电解质的电化学装置。更具体地，本发明涉及一种塑性晶体基质电解质。

背景技术

本申请主张于2011年1月20日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0006006号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。

二次电池是代表性的电化学装置，其中将转换成化学能的外部电能进行储存并在需要时产生电。二次电池也称作“可再充电的电池”，这是因为其能够重复充放电。经常将铅酸电池、镍镉(NiCd)电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池用作二次电池。二次电池比原电池具有经济和环境优势，所述原电池在储存在其中的能量耗尽之后被丢弃。

在需要低功率的应用如用于帮助汽车引擎启动的装置、便携式装置、仪器和不间断电力供应系统中，经常使用二次电池。近期在无线通讯技术方面的发展，导致便携式装置普及化并呈现将多种现有装置连接到无线网络的趋势。在这种情况下，对二次电池的需求呈爆炸性增长。为了防止环境污染，已经将混合动力汽车和电动汽车付诸实际使用。通过使用基于二次电池的技术，这些下一代汽车降低了成本和重量并延长了其寿命。

通常，大部分二次电池因其制造工艺而为圆柱形、棱柱形或袋型形状。即，典型地通过将由正极、负极和隔膜构成的电极组件插入圆柱形或棱柱形金属罐或由铝层压板制成的袋型壳中，并将电解质注入所述电极组件中，制造二次电池。因此，圆柱形、棱柱形或袋型二次电池需要特定的空间以进行组装，这对于开发各种便携式装置而言是一种障碍。由此，需要一种新型的形状易于改变的二次电池，且特别地需要适用于二次电池中的电解质，其具有高离子传导率而不存在任何泄漏的危险。

将具有其中将盐溶于非水有机溶剂中而得到的液体形式的离子传导性有机电解质主要用于基于电化学反应的常规电化学装置中。然而，使用具有液体形式的这种电解质造成电极材料劣化，提高有机溶剂蒸发的可能性，并造成安全问题，例如因高环境温度和升高的电池温度造成燃烧。另外的问题是泄露的危险和在实现各种电化学装置方面的困难。在为了克服这种液体电解质的安全问题而进行的尝试中，已经提出了聚合物电解质如胶凝聚合物电解质和固体聚合物电解质。通常已知的是，电化学装置的安全性以液体电解质、胶凝聚合物电解质和固体聚合物电解质的顺序升高，但其性能以相同的顺序下降。已知的是，使用固体聚合物电解质的电化学装置因这些差的性能而尚未商业化。与液体电解质相比，胶凝聚合物电解质具有低的离子传导率，存在泄漏的危险，并造成差的机械性质。

韩国未审查的专利公布2008-33421号公开了一种电解质，其使用塑性晶体基质代替液体有机溶剂。所述电解质展示了与液体电解质大致相当的离子传导率。然而，所述电解质因其类似于液体的流动性而展示了非常差的机械性质。实际上，需要隔膜以在电池中使用电解质时防止短路。在某些情况中，考虑引入线性聚合物基质如聚环氧乙烷以改善塑性晶体基质电解质的机械强度。然而，即使在这些情况中，电解质仍不会具有足以取消隔膜的需要的机械性质。需要干燥以将用于溶解线性聚合物的溶剂除去，导致工艺复杂化。

由此，迫切需要开发一种固体电解质，其使用具有改进的机械性质的塑性晶体基质电解质，并保持所述塑性晶体基质电解质的高离子传导率。

发明内容

技术问题

本发明用于解决现有技术的问题，因此本发明的目的是提供一种具有高离子传导率并能够确保机械强度的塑性晶体基质电解质、以及制备所述电解质的方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种电化学装置用电解质，其包含如下物质的复合材料：离子盐掺杂的塑性晶体基质电解质，以及交联的聚合物结构，所述交联的聚合物结构具有线性聚合物作为化学结合到其上的侧链，其中所述线性聚合物具有100～5000的重均分子量和一种官能团。所述复合材料还可包含不含官能团的线性聚合物。

本发明的电解质可包含40重量%～90重量%离子盐掺杂的塑性晶体基质电解质。作为塑性晶体基质，可使用例如丁二腈。

所述离子盐优选为锂盐。适合用作所述离子盐的锂盐的实例包括双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、双(全氟乙磺酰基)酰亚胺锂和四氟硼酸锂。

作为具有100～5000的重均分子量和一种官能团的线性聚合物，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。