[发明专利]含低共熔混合物的电解质及利用其的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种含低共熔混合物的电解质，其具有高热与化学稳定性、高导电性与宽的电化学窗。本发明还涉及一种使用上述电解质的电化学装置，其具有改进的安全性与品质。

背景技术

近年来，各种电解质已被广泛用于电化学装置中，所述电化学装置例如为锂二次电池、电解电容器、二层电容或电致变色显示装置、以及对未来实用已作了深入研究的染料敏化太阳能电池。此处状况下，该电解质的重要性变得越来越高。

近年来最广泛使用的电解质包括非水溶液，其包含溶解于有机溶剂中的电解质盐，所述有机溶剂例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甲氧基乙烷、γ-丁内酯(GBL)、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或乙腈。此非水性电解质作为介质在两电极之间进行离子与电子的传导，应在其应用的装置的驱动电压范围下保持稳定，且应显示出足够的离子传导性。然而用于此电解质的有机溶剂具有低的粘度、容易漏出、并具有高挥发性而引起蒸发。此外，这种有机溶剂易着火，因而就长期可靠性、耐久性和稳定性方面而言是有问题的。然而常规离子液体非常贵，需经过复杂的制备与纯化过程而得到。此外，液体电解质的不利之处还在于其具有漏出的可能性，故在设计为大尺寸或小厚度的装置中不适用。

同时，G.Berchiesi与其同事利用乙酰胺、LiSCN(硫氰酸锂)、CH₃COOLi(乙酸锂)、等制备了低共熔混合物(Thermochimica Acta，1983，70，pp317-324)。然而，并未公开利用上述低共熔混合物作为电化学装置的电解质。

发明内容

因此鉴于上述问题而完成了本发明。发明人发现，当在电化学装置的电解质中使用成本有效的具有优良热与化学稳定性的低共熔混合物时，可解决使用常规有机溶剂作为电解质时的电解质蒸发、耗尽、与易燃性的问题，从而改进安全性。本发明人又发现，由于该低共熔混合物优良的传导性及宽的电化学窗，可改进电化学装置的品质。

本发明的目的是提供一种包括低共熔混合物的电解质，以及提供具有此电解质的电化学装置。

依据本发明的一方面，提供一种包括低共熔混合物的电解质，所述低共熔混合物由(a)含酰胺基的化合物以及(b)无锂的可离子化盐形成。此外还提供包含此电解质的电化学装置，优选为电致变色装置。

下文将更详细描述本发明。

本发明的特征在于使用低共熔混合物以形成电化学装置的电解质，其中该低共熔混合物不含锂。

一般而言，低共熔混合物是指包含二或更多种物质、且具有降低的熔点的混合物。特别地，所述低共熔混合物包括在室温下以液相存在的混合盐。此处，室温指的是高至100℃或是在某些情况下高至60℃的温度。

依据本发明，低共熔混合物包括至少两种材料，其中之一包括与常规锂盐相比具有更高传导性的任何金属盐。因此，由于该金属组分优良的传导性，通过由此改进电解质的离子传导性，从而改进了电化学装置的品质。例如当将含钠盐用作金属盐时，可获得与锂盐相比改进至少三倍或甚至十倍或更多的传导性。此外当电解质包括此金属盐时，与使用锂盐的电解质相比会显示出显著的粘度降低，由此促进了离子经由电解质的移动和/或传递，从而导致电化学装置的品质的改进。粘度的降低一般认为是由于在盐中结合力的减弱，因该金属而导致的结合力减弱大于因锂而导致的结合力减弱。此外，依据本发明的电解质使用有机盐来形成低共熔混合物，而常规电解质则是利用金属盐来形成低共熔混合物。因此依据本发明可克服低共熔混合物的组成的限制。

此外，与常规有机溶剂和离子性液体相比，包含上述低共熔混合物的电解质因低共熔混合物自身的物理稳定性而显示更宽的电化学窗，因此使用上述电解质的电化学装置可有延长的驱动电压范围。事实上，使用离子性液体与有机溶剂的常规电解质显示电化学窗的上限为约4～4.5V，而根据本发明的低共熔混合物则显示4.5～5.5V的电化学窗上限，这与基于离子性液体与有机溶剂的常规电解质相比明显延长了。