混合固体电解质膜、其制造方法及包括其的锂离子电容器技术

本发明专利技术提供了一种混合固体电解质膜、其制造方法以及包括其的锂离子电容器。该混合固体电解质膜包括锂电解质盐、有机聚合物、以及无机材料。通过在锂离子电容器中使用根据本发明专利技术的混合固体电解质膜可以克服由于锂离子沉积在负极上引起的隔膜的损坏和电容器的失效。而且，可以在没有预掺杂工艺的情况下简化制造工艺。此外，混合固体电解质膜还可以执行隔膜的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种混合固体电解质膜、和制造其的方法以及包括其的锂离子电容器，更特别地，涉及一种用于具有高耐受电压和高能量密度的锂离子电容器的混合固体电解质膜、以及制造其的方法和包括其的锂离子电容器。
技术介绍
由于锂离子电容器(LIC)需要负极活性物质的预掺杂工艺，因此具有诸如高的制造成本和费力的制造过程(制造工艺)的问题。通常，LIC使用可以嵌入锂离子的碳材料作为负极活性物质，但是从能量密度的观点来看，使用锂金属或其合金是更有利的。然而，在使用锂和锂金属作为负极活性物质的LIC的情况下，由于在使用时反复的充电和放电，针状锂金属(树枝状晶体)沉积在负极上。因此，沉积的锂金属损坏隔膜， 使得LIC短路。作为避免该缺陷的手段，正在进行尝试通过使电解质成为固态来防止溶液的泄漏。还认为电解质的凝固(固化)具有抑制当使用锂金属等时在负极中产生树枝状晶体的效果。通常，作为LIC的电解质，已经使用了含水和非水液体电解质；通过用电解质溶液浸渍高分子电解质而形成的凝胶电解质；以及无机材料的固体电解质，诸如LiI和Li3N。然而，在上述电解质的情况下，由于它们没有充分解决由于沉积在负极上的锂金属引起的各种问题，因此需要一种解决所述问题的方法。
技术实现思路
已经专利技术了本专利技术，以便克服上述问题，因此，本专利技术的一个目的是提供一种通过防止锂金属沉积在负极上而能够改善电容器的安全性的锂离子电容器的固体电解质膜。而且，本专利技术的另一个目的是提供一种制造锂离子电容器的固体电解质膜的方法。此外，本专利技术的又一个目的是提供一种能够通过包括固体电解质膜用没有预掺杂工艺的简单工艺而制造的锂离子电容器。根据用来实现所述目的的本专利技术的一个方面，固体电解质膜是包括锂电解质盐、 有机聚合物、和无机材料的混合固体电解质膜。锂电解质盐可以是选自由LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3^ LiPF6, LiBF4JP LiClO4 组成的组中的一种或多种。有机聚合物可以是选自由具有100，000至5，000, 000的重均分子量的含氧原子的高分子化合物组成的组中的一种或多种。无机材料可以是选自由锂(Li)、磷(P)、硅(Si)、钛(Ti)、锆(&)、铝(Al)、钙 (Ca)、以及镁(Mg)组成的组中的一种或多种元素的氧化物或硫化物、或它们的混合物。而且，根据用来实现所述目的的本专利技术的另一个方面，提供了一种制造固体电解质膜的方法，包括将包括锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料的混合物施加在金属的一个或两个表面上。该金属可以是选自由不锈钢、铜、锂、镍、以及它们的合金组成的组中的一种或多种。而且，该混合物可以包括锂电解质盐5至25wt%、有机聚合物35至55wt%、以及无机材料30至50wt%。而且，根据用来实现所述目的的本专利技术的又一个方面，提供了一种锂离子电容器， 包括正极；负极；以及混合固体电解质膜，该混合固体电解质膜包括锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料。正极可以包括活性炭作为活性物质。负极可以包括包含锂金属的材料作为活性物质。此外，根据用来实现所述目的的本专利技术的又一个方面，提供了一种锂离子电容器， 包括正极，所述正极包括活性炭作为活性物质层；负极，所述负极包括包含锂金属的材料作为活性物质层；以及混合固体电解质膜，所述混合固体电解质膜包括锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料。根据本专利技术的实施方式，锂离子电容器可以不包括另外的隔膜。根据本专利技术的实施方式，可以使用混合固体电解质膜作为隔膜。具体实施例方式在下文中，将详细地描述本专利技术的优选实施方式。提供本文中使用的术语以解释特定实施方式，而不是限制本专利技术。如在本说明书中所使用的，除非上下文以其它方式明确指明，否则单数形式可以包括复数形式。此外，在本说明书中，术语“包括”和/或“包含”表示所提及的形状、数目、步骤、操作、部件、元件、 和/或它们的组的存在，并且不排除一种或多种不同的形状、数目、步骤、操作、部件、元件、 和/或它们的组的存在或添加。本专利技术涉及一种混合固体电解质膜、其制造方法、以及包括其的锂离子电容器。根据本专利技术的混合固体电解质膜通过将包括含锂盐的电解质盐、有机聚合物、和无机材料的混合物施加在金属膜上而形成。锂电解质盐可以是包括锂金属的电解质盐，对于一个具体实例，为选自由 LiN(CF3S02)2、LiCF3S03、LiPF6、LiBF4JP LiClO4 组成的组中的一种或多种。在本专利技术的实施方式中，有机聚合物可以是含氧原子的有机高分子化合物，例如， 聚醚化合物。例如，聚醚化合物可以是聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚甲醛(聚氧化甲烯)、或它们的衍生物。有机聚合物具有100，000至5，000, 000,优选500，000至5，000, 000,并且最优选 1，000, 000至4，000, 000的重均分子量。当有机聚合物的重均分子量小于100，000时，由于低的抗氧化性而可能不是优选的，而当有机聚合物的重均分子量超过5，000, 000时，可能不是优选的，这是因为由于密度的增加而引起的电阻增加。而且，在本专利技术的混合固体电解质膜中包括的无机材料没有特别限制，只要它是单一元素的氧化物或硫化物或其混合物或者两种或更多种元素的氧化物或硫化物或它们的混合物，例如，选自由锂(Li)、磷(P)、硅(Si)、钛(Ti)、锆(Zr) (Al)、钙(Ca)、以及镁 (Mg)组成的组中的一种或多种元素的氧化物或硫化物、或它们的混合物。其中，选自锂和磷中的一种或两种或更多种元素的硫化物；以及选自硅、钛、和锆中的一种或两种或更多种金属的氧化物是优选的，但是无机材料并不限于此。本专利技术的混合固体电解质膜使用锂电解质盐5至25wt%、有机聚合物35至 55wt%、以及无机材料30至50wt%的混合物，并且混合物的使用方法可以使用所有已知的方法，并且没有特别限制。上面详细地描述了混合物中的锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料的具体实例。 由于当混合物中锂电解质盐的含量小于5wt%时容量降低，因此可能不是优选的。而且，由于当混合物中锂电解质盐的含量超过25wt%时难以实现低电阻，因此可能不是优选的。而且，由于当混合物中有机聚合物的含量小于35wt%时电阻增加，因此可能不是优选的。而且，由于当混合物中有机聚合物的含量超过55wt%时抗氧化性降低，因此可能不是优选的。此外，由于当混合物中无机材料的含量小于30wt%时抗氧化性降低，因此可能不是优选的。而且，由于当混合物中无机材料的含量超过50wt%时电阻增加，因此可能不是优选的。而且，本专利技术的特征在于提供一种制造混合固体电解质膜的方法，包括将包括锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料的混合物施加在金属的一个或两个表面上的步骤。 即，根据本专利技术的混合固体电解质膜将包括电解质盐的电解质混合物施加在金属的表面上。此时，所使用的金属是选自由不锈钢、锂、镍、以及它们的合金组成的组中的一种或多种。从电阻的观点来看，可以优选的是施加在金属的一个或两个表面上的电解质膜的厚度为30至50 μ m,但是电解质膜的厚度没有特别限制。同时，本专利技术可以提供一种包括如上述所制造的混合固体电解质膜的锂离子电容ο根据本专利技术的实施方式的锂离子电容器可以包括正极；负极；以及包括锂电解质盐、有机聚合物、和无机材料的混合固体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李相均，赵智星，金倍均，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：