[发明专利]一种凝胶聚合物电解质及包含其的电化学装置

说明书

本申请涉及一种凝胶聚合物电解质及包含其的电化学装置。本申请的凝胶聚合物电解质包含聚合物薄膜和有机电解液，所述有机电解液包含锂盐、磷酸酯化合物和氟醚类化合物。本申请的凝胶聚合物电解质具有更高的离子电导率、更好的电化学稳定性，并且可以显著地改善电化学装置的安全性能和循环性能。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质和包含该凝胶聚合物电解质的电化学装置。

背景技术

锂离子电池由于具有环境友好、工作电压高、比容量大和循环寿命长等优点而得到广泛应用，成为当今世界最具发展潜力的新型绿色化学电源。包装厚度小，质量轻的软包电池受到人们的青睐。随着锂电行业的迅猛发展，人们对锂离子电池提出了更高的要求，例如：更加轻薄、体积更小和能量密度更高。随着锂离子电池能量密度的进一步提高，锂金属电池得到广泛的关注。

传统的液态有机电解液无法直接应用于锂金属电池。全固态聚合物电解质具有薄膜机械强度高、与电极反应活性低和耐高压等优点，从而提高电池的安全性能。但是全固态聚合物电解质的室温离子电导率较液态电解质至少低三个数量级。此外，包含全固态聚合物电解质的锂离子电池的电极/电解质之间的界面接触非常差，较高的界面传输阻抗使全固态锂离子电池无法满足实用需求。

为了解决上述问题，本发明提供了一种凝胶聚合物电解质。本申请的凝胶聚合物电解质兼顾了液态电解质和全固态电解质的优点。不仅可以有效地提高锂离子电池的安全性能，还解决了全固态电解质电导率低的问题，本申请的凝胶聚合物电解质的离子电导率可达10^-3S/cm。凝胶聚合物电解质与电极之间有很好的相容性，界面阻抗小，在锂电行业有很广阔的应用前景。

发明内容

本申请提供一种凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚合物电解质的电化学装置。该凝胶聚合物电解质具有更高的离子电导率、更好的电化学稳定性，并且可以显著地改善电化学装置的安全性能和循环性能。

在一个实施例中，本申请提供了一种凝胶聚合物电解质，其中所述凝胶聚合物电解质包含聚合物薄膜和有机电解液，所述有机电解液包含锂盐、磷酸酯化合物和氟醚化合物。

根据本申请的一些实施例，基于所述有机电解液总重量，所述磷酸酯化合物的重量百分比为X，所述氟醚化合物的重量百分比为Y，X和Y同时满足式(1)和式(2)所表示的条件：

约20wt％≤X+Y约85wt％…(1)；和

约0.2≤X/Y≤约5…(2)。

根据本申请的一些实施例，所述磷酸酯化合物为式I化合物：

其中，R₁、R₂及R₃各自独立地为取代或未取代的1-10个碳原子的饱和烃基或取代或未取代的1-10个碳原子的不饱和烃基、取代或未取代的6-20个碳原子的芳基、取代或未取代的1-10个碳原子的烃氧基，其中经取代时，所述取代基选自卤素。

根据本申请的一些实施例，所述磷酸酯化合物选自如下磷酸酯化合物中的一种或多种：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、三烯丙基磷酸酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三(氯乙基)酯、磷酸三(1,3-二氟丙基)酯、磷酸三(三氟乙基)酯。

根据本申请的实施例，所述氟醚化合物为式Ⅱ化合物：

其中，R₄及R₅各自独立地为1-8个碳原子的饱和烃基、1-8个碳原子的不饱和烃基、氟原子部分或完全取代的1-10个碳原子的饱和烃基或氟原子部分或完全取代的1-10个碳原子的不饱和烃基。