[发明专利]包含碳量子点离子化合物电解质的电化学元件

说明书

本发明涉及包含碳量子点离子化合物电解质的电化学元件，更详细而言，涉及包含第一电极、与上述第一电极隔离的第二电极、以及填充于上述第一电极和第二电极之间的电解质的电化学元件，上述电化学元件的特征在于，上述电解质包含平均直径为0.1至8纳米(nm)范围、表面电荷为‑20以下的石墨烯量子点阴离子与金属阳离子的盐形态的碳量子点离子化合物，本发明通过将碳量子点离子化合物用作电解质从而能够提供元件的可靠性、效率和耐久性大幅提高的电化学元件，上述碳量子点离子化合物的提高与特定阳离子的选择性离子电导率以及抑制元件内由电解质导致的副反应，从而能够提高元件的可靠性和性能，而且液相、凝胶以及固相均可应用，因而其应用性高。

技术领域

本发明涉及包含碳量子点离子化合物电解质的电化学元件，更详细而言，涉及包含第一电极、与上述第一电极隔离的第二电极、以及填充于上述第一电极和第二电极之间的电解质的电化学元件，上述电化学元件的特征在于，上述电解质包含平均直径为2至12纳米(nm)范围、表面电荷为-20以下的石墨烯量子点阴离子与金属阳离子的盐形态的碳量子点离子化合物。

背景技术

随着新再生能源的利用快速增长，提高二次电池、电致变色装置以及染料敏化太阳能电池之类的电化学元件的效率和可靠性的必要性变高。

另一方面，电解质通过溶液中的离子的移动和交换来形成电极与溶液间的电阻接触，因此对于电化学元件的工作而言是必须的构成要素。电解质虽不直接参与氧化/还原反应，但支援电化学反应。电解质可以分为液体电解质、陶瓷电解质、无机固体电解质和高分子电解质等，近年来，对于具有适合于电致变色元件的加工性和机械强度以及工作温度等的高分子电解质的关注度变高。但是，以往电致变色元件由于对电极层和电致变色层与电解质接触而离子(H⁺、Li⁺等)的插入和脱嵌的可逆性受损，从而在稳定性方面存在问题。对于目前主要使用的液体电解质而言，存在着火、蒸发、泄露之类的稳定性问题。另一方面，虽然固体电解质与液体电解质相比稳定性仍优，但是离子电导率低，存在界面接触电阻增加和发生由此导致的元件裂化现象等之类的问题。

在包含导电性盐的电解质中发生复杂的现象。例如，当盐的浓度增加时，由于粘度增加，在离子的扩散系数下降的同时离子电导率会变低。此外，由于与电极或其他物质的副反应，在确保元件的稳定性方面存在困难。特别是，金属阳离子的低扩散系数和迁移数导致的电化学元件可靠性降低会成为问题，例如，锂二次电池的情况下，锂离子与离子性液体间存在竞争。在锂离子的扩散系数比构成离子性液体的阳离子低的情况下，锂离子难以接近电极表面而锂离子可能无法插入至电极内部。因此，不发生电化学反应。此外，目前商业上使用的锂离子电池中，主要应用LiPF₆作为电解质，这是因为，LiPF₆的离子移动性、离子对解离度、溶解度、SEI形成等物性整体优异。但是，LiPF₆存在热稳定性差，即使微量的水分也发生副反应等问题，尤其在温度上升时，由于如下副反应，因而存在使电解质的持续分解加速，产生气体而使电池膨胀，甚至引发爆炸的副作用。

LiPF₆(s)+H₂O(g)→LiF(s)+OPF₃(g)+2HF(g) (2)