[发明专利]电化学元件用电解质及其制造方法

说明书

本发明涉及电化学元件用电解质及其制造方法，更详细而言，涉及应用于包含第一电极、与上述第一电极隔离的第二电极、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，且包含平均直径为2至12纳米(nm)范围、表面电位为‑20mV以下的碳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的电化学元件用电解质及其制造方法。本发明的电化学元件用电解质的阴离子和阳离子的解离能(dissociation energy)非常小而提高离子电导率，阴离子的迁移速度与金属阳离子相比，相对非常慢，因而能够实现仅利用金属阳离子迁移的电化学元件，且离子极化性大，阴离子的热化学/电化学稳定性高，因此不发生元件驱动中的副反应而能够大大提高电化学元件的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及电化学元件用电解质、其制造方法、包含上述电解质的电化学元件，更详细而言，涉及应用于包含第一电极、与上述第一电极隔离的第二电极、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，包含平均直径为2至12纳米(nm)范围、表面电位为-20mV以下的碳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的电化学元件用电解质及其制造方法。

背景技术

一般而言，电解质的意思是赋予溶液导电性，电化学反应时帮助电荷移动的物质。电解质通过离子的移动以及离子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需的构成要素。电解质虽不直接参与氧化/还原反应，但支援电化学反应。电解质一般具有盐的形态，通常将其溶解于溶剂以液状以及凝胶状形态使用，根据情况，也分散于固体内进行使用。

但是，以往的电化学元件由于构成内部电极的电极物质与电解质接触而离子(H⁺、Li⁺等)的插入以及脱嵌的可逆性受损，因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，在多数情况下，使用有机溶剂，有机溶剂存在着火、蒸发、泄露之类的稳定性问题。另一方面，虽然目前为止固体电解质与液体电解质相比稳定性更优，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，甚至导致爆炸的副作用。

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