[发明专利]具有低共熔混合物和腈化合物的电解质及含有所述电解质的电化学装置

说明书

本发明公开了一种电解质和含有所述电解质的电化学器件，所述电解质包含(a)酰胺化合物和可电离的锂盐的低共熔混合物；和(b)腈化合物。电解质中的低共熔混合物和腈化合物有助于优异的热稳定性和化学稳定性，以及充分低的粘度和高的离子传导率。可以将所述电解质用作电化学装置的电解质。

发明领域

本发明涉及包含低共熔混合物和腈化合物的电解质，以及含有所述电解质的电化学装置。

背景技术

将多种电解质用于当代的电化学装置，例如，锂二次电池、电解电容器、双电层电容器、电致变色显示装置以及目前以多种方式进行研究以用于未来商业化的染料敏化太阳能电池，并且电解质的重要性日益增加。

特别地，锂二次电池具有高能量密度和长寿命周期，因而它们是关注的中心。一般地，锂二次电池包括由碳材料或锂金属合金制成的负极、由锂金属氧化物制成的正极以及通过将锂盐溶于有机溶剂而制造的电解质。锂金属氧化物的结构稳定性和容量是由锂离子的嵌入反应和脱嵌(disintercalation)反应而决定的。锂金属氧化物的容量随充电电位的上升而增加，但是锂金属氧化物因此变得结构不稳定。电极的这种不稳定结构引起氧的产生，这可能引起电池中的过热或与所述电解质发生反应，从而可能导致电池的爆炸。

目前，广泛用于锂二次电池电解质的有机溶剂包括碳酸亚乙酯、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、乙腈等。这些有机溶剂一般具有高挥发性和高可燃性，所以使用这种有机溶剂的锂二次电池可能在其稳定性特别是高温稳定性方面具有问题。

为了解决该问题，已经提出使用咪唑基或铵基离子液体作为锂二次电池的电解质。然而，在比锂离子更高的电压下这种离子液体可能在负极中被还原，或者可能将咪唑或铵阳离子与锂离子一起插入到负极中，这反而降低了电池性能。

同时，韩国专利注册10-751203和韩国公开专利公布10-2007-85575公开了锂盐和酰胺化合物的低共熔混合物作为电解质，所述酰胺化合物如乙酰胺、脲、甲基脲、己内酰胺、戊内酰胺、三氟乙酰胺、氨基甲酸酯、甲酰胺等，其由特定化学式表示。这种低共熔混合物显示高的热稳定性和化学稳定性以及比较宽的电化学窗(electrochemical window)，因此其解决了由使用现有有机溶剂而引起的诸如电解质的蒸发或着火的问题。

因此，加速开发多种低共熔混合物以作为电解质。特别地，对于能提高电化学装置的高温稳定性的电解质存在增加的需要。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供显示高的热稳定性和化学稳定性的低共熔混合物和腈化合物的电解质，以及含有所述电解质的电化学装置。

本发明的另一个目的是提供低共熔混合物和腈化合物的电解质以及含有所述电解质的电化学装置，所述电解质具有足够低的粘度和高的离子传导率并因此具有优异的充放电性能。

技术方案

为了实现所述目的，本发明的电解质包含(a)由下列化学式1或2表示的酰胺化合物和可电离的锂盐的低共熔混合物；和(b)腈化合物。

化学式1

其中R、R₁和R₂独立地是氢，卤素或选自未取代或被卤素取代的碳原子数为1～20的烷基、烷基胺基、烯基、烷氧基、烷氧基烷基和芳基中的任何一种，以及

X是选自硅、氧、氮、磷和硫中的任何一种，其中i)当X是氧或硫时，m是1；ii)当X是氮或磷时，m是2；以及iii)当X是硅时，m是3。

化学式2