[发明专利]凝胶聚合物电解质和包含其的电化学元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶聚合物电解质——其包含能够在空气气氛下赋予凝胶聚合物电解质的形成效果及难燃性的强化性能的添加剂——和包含所述凝胶聚合物电解质的电化学元件。

背景技术

近年来，随着储能技术的应用领域扩大至手机、便携式摄像机、笔记本电脑以及电动车辆，在研究和开发电池上的努力越来越具体化。

考虑到这方面，电化学装置得到了最多的关注。具体而言，根据电子设备的小型化和轻质化的发展趋势，人们在一直持续努力开发小型、轻量化并且以高容量进行充放电的锂二次电池。

锂二次电池通常由正极(cathode)和负极(anode)(这两极包括可以嵌入和脱嵌锂离子的电极活性材料)、插入在正极与负极之间的隔膜、以及作为锂离子的传递介质的电解液而构成。

人们一直广泛使用液态电解液作为上述电解液，具体而言，通过将盐溶解在非水性有机溶剂中而获得的离子传导性有机液体电解液。但是，液体电解液在使用时可能发生漏液，并且可能诱发由所使用的非水性有机溶剂的高度可燃性导致的燃烧和爆炸等。此外，液体电解液，在锂二次电池充放电过程中碳酸酯有机溶剂可能被分解，或者可能与电解液发生副反应而在电池内部产生气体。在高温储存期间，所述副反应可能得到进一步的加速，从而增加气体的产生量。持续产生的气体可能诱发电池内压的增加，由此导致包括电池厚度膨胀在内等的电池的改性。此外，在电池内的电极表面，可能产生粘合性的区域性差异，由此电极反应不能在电极的整个表面上均匀地进行。

最近，已经提出一种使用不会导致漏液等顾虑的凝胶聚合物电解质的方法以克服所述液态电解液的安全性问题。所述凝胶聚合物电解质，在将电解液——其包含电解质盐和非水性有机溶剂——浸渍在由聚合性单体与聚合反应引发剂的聚合反应形成的聚合物基体(polymer matrix)之后，进行胶凝而制备。

但是，因为凝胶聚合物电解质仍然包含非水性有机溶剂，所以关于热安全性的缺点仍然被提及。此外，与液态电解液的电池相比时得到了劣化的电池性能，所以与使用现有技术的凝胶聚合物电解质的电池在商品化方面存在限制。

发明内容

技术问题

为改善包含非水性有机溶剂的凝胶聚合物电解质的热安全性，本发明提供一种包含聚合性单体——其含有阻燃官能团——和阻燃添加剂——其在空气(air)气氛下赋予凝胶聚合物电解质的形成效果及阻燃性的强化性能——的凝胶聚合物电解质。

此外，本发明提供一种包含所述凝胶聚合物电解质的电化学元件。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种对用于凝胶聚合物的组合物进行聚合而胶凝，从而由此制备的凝胶聚合物电解质，所述用于凝胶聚合物的组合物包含非水性有机溶剂、电解质盐和第一聚合性单体，

其中所述凝胶聚合物电解质还包含(a)作为第一添加剂的由如下化学式1表示的化合物：

[化学式1]

其中R₁-R₃独立地为氢、具有1-5个碳原子的烷基、具有5-7个碳原子的芳基、或具有1-5个碳原子的氟代烷基，或选自R₁-R₃的至少两个以上的取代基彼此键合或连接以形成具有由2-6个碳原子组成的环原子的环基或具有含有1-3个氧杂原子和2-8个碳原子的环原子的杂环基。

此外，所述凝胶聚合物电解质还可以包含作为第二添加剂的(甲基)丙烯酸酯化合物。

本发明的凝胶聚合物电解质还可以包含作为第三添加剂的由如下化学式2表示的化合物。

[化学式2]

其中R₄为氢或具有1-5个碳原子的烷基，R₅-R₇独立地为氢、氟或–O-CO-CH＝CH₂，并且n为1-5的整数。

根据本发明的另一方面，提供了一种电化学元件,其包括正极、负极、插入在正极和负极之间的隔膜、以及所述凝胶聚合物电解质。

有益效果

根据本发明，在制备凝胶聚合物电解质过程中，还加入含有阻燃性官能团的聚合性单体和降低氧的影响的阻燃添加剂，从而能够改善在空气(air)气氛下的凝胶聚合物电解质的形成效果，并且能够确保包含其的电化学装置的热安全性。

附图说明