[发明专利]含有低共熔混合物的二次电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池的电解质，其解决了由使用低共熔混合物作为电解质产生的问题，同时展示出高的热稳定性及化学稳定性、高的电导率和宽的电化学窗(electrochemical window)。本发明还涉及通过使用上述电解质而具有改进的安全性及品质的二次电池。 

背景技术

近年来，对能量贮存技术的兴趣逐渐增加。随着电池的使用被扩大至应用于便携式电话、摄录一体机、笔记本计算机、个人电脑及电动车辆的能量贮存，对研究和开发电池所做的努力日趋具体化。鉴于此，电化学装置领域受到了最大关注，其中，兴趣集中于可充电/放电的二次电池的开发上。 

目前使用的二次电池中，1990年代早期开发的锂二次电池含有锂金属氧化物作为阴极活性材料、碳质材料或锂金属合金作为阳极活性材料，以及含有溶于有机溶剂的锂盐的溶液作为电解质。 

近年来广泛使用的有机溶剂包括碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯、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。但是，有机溶剂具有足够的挥发性产生蒸发，并且还具有高的可燃性，因此当应用于锂离子二次电池时，在过度充电、过度放电、短路及高温条件下在稳定性方面存在问题。 

近年来，主要在日本和美国进行了许多尝试，包括使用不可燃性离子液体作为电解质，以便解决上述问题。但是，使用常规离子液体的问题在于，它们价格昂贵，通过复杂的合成及纯化过程而获得，并且造成二次电池在反复充电/放电循环过程中容量的显著降低。而且，液体电解质可从电化学中渗漏出并且不适应电化学装置规模的扩大和小型化。因此，为克服常规有机电解质及离子液体的所述缺点，进行了多种尝试来发展含有添加剂的新的电解质。 

发明内容

技术问题 

因此，鉴于上述问题进行了本发明。本发明的发明者进行了许多研究来通过使用一种具有优良热稳定性及化学稳定性的成本有效的低共熔混合物来提供二次电池的电解质。 

实际上，本发明的发明者已发现，当在电化学装置的电解质中使用所述低共熔混合物时，可以解决使用常规有机溶剂作为电解质时造成的电解质的蒸发、耗尽和可燃性问题。我们还发现，可凭借该低共熔混合物的优良的传导性、宽的电化学窗和低粘度而改进电池的品质。 

但是，我们已经认识到，当将含低共熔混合物的电解质与基于常规碳质材料的阳极结合使用时，由于在低共熔混合物化学窗之外的电势下发生电化学反应导致电解质分解，导致电池品质变差。 

因此，本发明的一个目标是提供一种将低共熔混合物与一种防止该低共熔混合物分解的添加剂结合使用形成电解质并从而展示出改进的安全性和品质的二次电池。 

技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种含有一个阴极、一个阳极、一个隔膜和一种电解质的二次电池，其中所述电解质含有：(a)一种低共熔混合物；和(b)在比所述低共熔混合物的电化学窗的下限高的相对于锂电势(Li/Li⁺)的电势下被还原的第一种化合物。还提供了所述电解质。 

根据本发明的另一方面，提供了一种含有一个阴极、一个阳极、一个隔膜和一种电解质的二次电池，其中所述电解质含有由含酰胺基化合物和可电离的锂盐形成的低共熔混合物，并且所述阳极为预先在其表面部分或全部地涂有一层涂层的电极，所述涂层含有在比所述低共熔混合物高的相对于锂电势(Li/Li⁺)的电势下被还原的第一种化合物或其被还原的产物。 

本发明的特征在于将一种低共熔混合物与具有在所述低共熔混合物的电化学窗之外的相对于锂电势(Li/Li⁺)的电势的添加剂结合使 用，从而形成电池的电解质。 

本领域中公知，同离子液体(IL)一样，低共熔混合物具有高的电导率、宽的电化学窗、不可燃性、其作为液体存在的较宽的温度范围、高的溶剂化能力和非配位键合能力，因此展示出作为可代替现存的有害有机溶剂的生态友好溶剂的理化性质。而且，由于低共熔混合物同离子液体相比更容易制备并且具有阻燃性、较高离子浓度和较宽的电化学窗(0.5～5.5V)，因此可以预期低共熔混合物具有较宽的应用范围。但是，当将单独使用所述低共熔混合物的电解质与作为阳极活性材料的碳质材料结合使用来形成二次电池时，由于在低共熔混合物的电化学窗之外的电势下(例如0～1V)发生的阳极电化学反应而导致电解质的分解和二次电池品质的变差。