[发明专利]用于凝胶聚合物电解质的组合物及包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于凝胶聚合物电解质的组合物和包含所述组合物的锂二次电池，更具体地，涉及一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，所述组合物包含具有可与金属离子结合的官能团的单体，所述金属离子从正极(cathode)中溶解出来，以及涉及一种包含所述组合物的锂二次电池。

背景技术

可充电和放电的二次电池的应用领域正迅速地扩展到电动车以及便携式设备，例如移动电话、笔记本电脑、和摄录一体机(camcorder)等。因此，对二次电池进行了活跃的开发。另外，在二次电池的开发期间已经进行了为改善容量密度和比能而设计的电池的研究和开发。

一般而言，已知电池安全性是依照以下顺序增加：液体电解质＜凝胶聚合物电解质＜固体聚合物电解质，然而，电池性能也依照相同的顺序降低。液态电解质，尤其是离子导电型有机液体电解质(其中盐溶解于非水性有机溶剂中)已经主要用作电化学器件的电解质，所述电化学器件例如使用电化学反应的常规电池和双电层电容器等。然而，当使用液态电解质时，电极材料可以降解并且有机溶剂有可能会挥发。另外，由于环境温度和电池自身的温度的升高，可能有安全性(例如燃烧等)缺陷。

已知由于电池性能差，固体聚合物电解质目前并未商业化。

由于凝胶聚合物电解质可以具有优异的电化学安全性，因此可以恒定地维持电池的厚度。此外，由于凝胶相的内部粘附使得电极和电解质之间的接触可以良好，因此，可以制备薄膜型电池。因此，正在扩大各种凝胶聚合物电解质的开发。

在凝胶聚合物电解质中，由于锂离子的尺寸可以较小，因此，直接移动不仅相对容易，而且由于如图1所示的跳跃(hopping)现象，锂离子还易于在电解液中移动。

包含凝胶聚合物电解质的锂二次电池，通常使用锂过渡金属氧化物(例如LiCoO₂)作为正极活性材料。然而，当在高电压下使用锂二次电池时，金属离子可以溶解。当金属离子溶解时，金属离子可以还原成负极(anode)的金属态以阻断(block)负极的反应位点。当新的金属在负极表面上沉淀时，电解液在金属表面上生成了新的固体电解质界面(SEI)层，因此，电解液被持续消耗。另外，由于负极中的SEI层的厚度可持续增加而增大了电阻，因此，可降低锂二次电池的寿命性能。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，可通过防止从正极溶解的金属离子移动到负极或降低移动速度，由此不仅延长电池寿命，还在正常电压和高电压下均可以改善电池的容量性能，以及提供了一种包括所述组合物的锂二次电池。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于凝胶聚合物电解质的组合物，其包含：i)电解液溶剂；ii)可离子化的锂盐；iii)聚合引发剂；和iv)具有可与金属离子结合的官能团的单体。

根据本发明的另一方面，提供了一种锂二次电池，其包括：正极；负极；隔膜；和凝胶聚合物电解质，其中，所述凝胶聚合物电解质通过聚合用于凝胶聚合物电解质的组合物而形成。

有益效果

本发明的用于凝胶聚合物电解质的组合物包含具有可与金属离子结合的官能团的单体。因此，当该组合物适用于锂二次电池时，由于通过防止从正极溶解的金属离子移动到负极或降低移动速度，可以减少负极上的金属沉淀，因此，不仅可延长电池寿命，还在正常电压和高电压下均可以改善电池的容量性能。

附图说明

图1是示出了当使用用于凝胶聚合物电解质的组合物时锂离子的移动原理的图。

图2是对比了在使用常规电解液和本发明的一个实施方案的用于凝胶聚合物电解质的组合物时的金属在正极上的沉淀程度的图。

图3是示出了在实施例1至4和对比实施例1至3中制备的锂二次电池的容量性能的曲线图。

图4是示出了在实施例5和6及对比实施例4和5中制备的锂二次电池的容量性能的曲线图。

图5是示出了在实施例7至10和对比实施例6至8中制备的锂二次电池在4.3V的高电压下的容量性能的曲线图。

具体实施方式

本发明将在下文中更详细地进行描述以使人们对本发明有更清晰的理解。