[发明专利]凝胶聚合物电解质组合物和包括该凝胶聚合物电解质组合物的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种用于锂二次电池的凝胶聚合物电解质组合物、通过将该凝胶聚合物电解质组合物聚合而制备的凝胶聚合物电解质、和包括该凝胶聚合物电解质的二次电池，且具体地，涉及一种用于锂二次电池的凝胶聚合物电解质组合物，其包括锂盐、非水有机溶剂、离子液体、具有特定结构的低聚物、阻燃剂、和聚合引发剂；一种通过在惰性气氛中将该凝胶聚合物电解质组合物聚合而形成的凝胶聚合物电解质；和一种藉由包括所述凝胶聚合物电解质而使阻燃性和高温稳定性得到改善的锂二次电池。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2017-0164111号和于2018年11月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2018-0151894号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。

技术领域

本发明涉及凝胶聚合物电解质组合物和包括该凝胶聚合物电解质组合物的锂二次电池。

背景技术

随着对便携式电子装置的需求迅速增加，对作为能源的二次电池的需求已显著增加，并且在这些二次电池中，具有高能量密度、高工作电位、长循环寿命、和低自放电率的锂二次电池已被商业化并广泛使用。

近来，随着对环境问题的日益关注，对可以替代作为空气污染的主要原因之一的使用化石燃料的车辆(诸如汽油车辆和柴油车辆)的电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)已经进行了大量研究。镍氢(Ni-MH)二次电池主要用作电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的电源，但已经积极地开展了对使用具有高能量密度、高放电电压、和输出稳定性的锂二次电池的研究，并且一些研究已经商业化。

锂二次电池具有这样的结构，其中包括正极、负极、以及设置在正极和负极之间的隔板的电极组件被堆叠或卷绕，并且通过将电极组件容纳在电池壳体中并向其中注入非水电解质溶液来配置。在重复其中正极的锂离子嵌入负极并从负极脱嵌的过程的同时，进行锂二次电池的充电和放电。

主要使用包括其中溶解有电解质盐的有机溶剂的液体电解质溶液作为非水电解质溶液。然而，液体电解质溶液的缺点在于：不仅有机溶剂挥发的可能性高，而且由于环境温度和电池本身的温度升高引起的燃烧导致安全性也低。

也就是说，为了提高锂二次电池的能量密度，必须增加电池的驱动电压，但是，由于液体电解质溶液在4.3V以上的高压条件下被氧化和分解，因而在正极的表面上形成具有不均匀组成的不稳定膜。由于所形成的膜在反复充电和放电期间不能稳定地保持而导致电解质溶液的连续氧化分解，这种连续分解反应在正极的表面上形成厚的电阻层并消耗有助于可逆容量的锂离子和电子，这导致正极的容量降低的问题。

特别地，对于用作液体电解质溶液的主要溶剂的碳酸酯基有机溶剂，由于其闪点(flash point)低且挥发性高，所以在电池误用情况下温度升高时，碳酸酯基有机溶剂容易引起火焰反应，并且在电极活性材料的燃烧反应中充当燃料。电极活性材料与电解质溶液之间的燃烧反应迅速升高电池温度而引起热失控现象。

为了解决这些限制，已经出现了一种锂聚合物二次电池，其中使用具有优异的电化学稳定性的凝胶聚合物电解质来代替液体电解质溶液。

然而，凝胶聚合物电解质的缺点在于：其不仅具有比液体电解质溶液低的离子电导率，而且由于凝胶聚合物电解质中包括的碳酸酯基溶剂导致不容易确保阻燃性。

因此，需要开发一种能够制备即使在高电压下也具有改善的阻燃性和抗氧化性的凝胶聚合物电解质的技术。

现有技术文献

韩国专利申请待审公开第2011-0033106号

发明内容

技术问题