專利名稱：鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液和含有該非水電解質(zhì)溶液的鋰二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液和一種含有該非水電解質(zhì)溶液的 鋰二次電池。更具體而言，本發(fā)明涉及一種具有出色的循環(huán)性能和過充穩(wěn)定性的非水電 解液以及一種含有該非水電解液的鋰二次電池。
背景技術(shù)：
隨著近來信息通信工業(yè)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備變得更小、更輕、更薄和更便 攜。因此，對作為電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源的具有更高能量密度的電池的要求正在增加。在此 類電池中，鋰二次電池滿足這種要求，對其進(jìn)行改進(jìn)的多種研究正在積極進(jìn)行。鋰二次 電池包括一個(gè)陰極、一個(gè)陽極、一種電解質(zhì)和一個(gè)為在陰極和陽極間移動(dòng)的鋰離子提供 通道的隔膜。當(dāng)鋰離子從陰極或陽極嵌入或脫嵌時(shí)，鋰離子二次電池通過氧化還原反應(yīng) 產(chǎn)生電能。用于鋰二次電池的非水電解液通常包括一種電解質(zhì)溶劑和一種電解質(zhì)鹽。然 而，電解質(zhì)溶劑在電池充電或放電期間在電極表面上分解，或者在碳質(zhì)陽極層間共同嵌 入，從而損壞陽極結(jié)構(gòu)。這可能會(huì)損害電池的穩(wěn)定性。已知上述問題可通過電池開始充電時(shí)由電解質(zhì)溶劑的還原反應(yīng)在陽極表面上形 成一層SEI (固體電解質(zhì)界面，Solid ElectrolyteInterface)膜而解決。然而，所述SEI膜通
常不足以持續(xù)起到陽極保護(hù)膜的作用，且隨著電池重復(fù)充電/放電，其壽命會(huì)縮短且性 能會(huì)劣化。特別是，鋰二次電池用常規(guī)SEI膜是熱不穩(wěn)定的。因此當(dāng)電池在高溫下工作 或放置時(shí)，SEI膜會(huì)由于隨時(shí)間而增加的電化學(xué)能和熱能而被容易地?fù)p壞。因此，在高 溫時(shí)，電池性能更加劣化。特別是，SEI膜的損壞和電解液的分解會(huì)不斷產(chǎn)生氣體(如 CO2),這會(huì)增加電池的內(nèi)部壓力和厚度。另外，環(huán)己基苯和聯(lián)苯常用作過充抑制劑。然而，盡管其防止過充，但環(huán)己基 苯和聯(lián)苯會(huì)導(dǎo)致電池容量降低和常溫性能劣化。為解決上述問題，日本公開專利公布文本No.1996-45545公開了一種使用碳酸亞 乙烯酯(VC)作為電解質(zhì)添加劑以在陽極表面上形成SEI膜的方法。然而，VC在高溫 循環(huán)或高溫保存條件下易于分解而在陰極產(chǎn)生氣體，這會(huì)使電池的性能劣化和穩(wěn)定性降 低。另外，日本公開專利公布文本No.2002-329528提出通過使用一種基于不飽和磺 內(nèi)酯的化合物控制高溫下的氣體產(chǎn)生。另外，日本公開專利公布文本No.2001-006729提 出通過使用一種基于碳酸酯的含乙烯基的化合物改善高溫保存特性。然而，這些方法不 能確保SEI膜堅(jiān)固，因此所述常規(guī)問題仍未解決。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
設(shè)計(jì)本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提 供一種鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其可提高陽極表面上形成的固體電解質(zhì)界面膜的 穩(wěn)定性、防止陰極處過渡金屬的脫出、并維持鋰二次電池的過充穩(wěn)定性，從而改善電池 的常溫循環(huán)性能和高溫循環(huán)性能。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其包括一 種鋰鹽和一種有機(jī)溶劑，其中，以100重量份的非水電解質(zhì)溶液計(jì)，所述非水電解質(zhì)溶 液包括1至5重量份基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有碳-碳不飽和鍵的化合物；1至5重 量份含乙烯基的環(huán)狀碳酸酯化合物；5至10重量份被鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和 1至5重量份基于二腈的化合物。本發(fā)明的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液包括特定含量的基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu) 中含有碳-碳不飽和鍵的化合物、含乙烯基的環(huán)狀碳酸酯化合物、被鹵素取代的環(huán)狀化 合物和基于二腈的化合物作為添加劑，而得到超過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員預(yù)期的明顯的協(xié) 同效應(yīng)。換句話說，本發(fā)明的非水電解質(zhì)溶液，與常規(guī)鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液相 比，確保了 SEI膜穩(wěn)定得多，從而改善電池的循環(huán)性能。在本發(fā)明的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液中，所述基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含 有碳-碳不飽和鍵的化合物可以是選自以下化學(xué)式1表示的化合物中的任一種或其混合 物，但不限于此?；瘜W(xué)式權(quán)利要求
1.一種鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其包括一種鋰鹽和一種有機(jī)溶劑，其中以100 重量份的非水電解質(zhì)溶液計(jì)，所述非水電解質(zhì)溶液包括1至5重量份基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有碳_碳不飽和鍵的化合物； 1至5重量份含乙烯基的環(huán)狀碳酸酯化合物； 5至10重量份被鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和 1至5重量份基于二腈的化合物。
2.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有碳-碳不飽和鍵的化合物是選自以下化學(xué)式1 表示的化合物中的任一種或其混合物化學(xué)式1
3.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有碳-碳不飽和鍵的化合物為(1，3-(1_丙烯) 磺內(nèi)酯。
4.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述含乙烯基的環(huán)狀碳酸酯化合物是選自下列物質(zhì)的任一種或其混合物4-乙 烯基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮、4-乙烯基-4-甲基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮、4-乙烯 基-4-乙基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮、4-乙烯基-4-正丙基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮、4-乙 烯基-5-甲基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮、4-乙烯基-5-乙基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮和4-乙 烯基-5-正丙基-1，3- 二氧戊環(huán)-2-酮。
5.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述被鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物是氟代碳酸亞乙酯。
6.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述基于二腈的化合物是一種由以下化學(xué)式2表示的化合物化學(xué)式2NC-R-CN其中R為-(CH2)n-,且η為1至10中的一個(gè)整數(shù)。
7.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述鋰鹽是選自以下物質(zhì)的任一種或其混合物L(fēng)iPF6、LiBF4, LiSbF6, LiAsF6、LiClO4、LiN (C2F5SO2) 2、LiN (CF3SO2) 2、CF3SO3Li 和 LiC (CF3SO2) 3。
8.權(quán)利要求1的鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，其中所述有機(jī)溶劑是選自以下物質(zhì)的任一種或其混合物碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙 酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯、碳酸二丙酯、二甲亞砜、乙腈、二甲 氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亞乙烯酯、環(huán)丁砜、Y-丁內(nèi)酯、亞硫酸亞乙酯、亞硫酸 亞丙酯和四氫呋喃。
9.一種鋰二次電池，其包括一個(gè)由含鋰氧化物制成的陰極、一個(gè)由能夠吸收/解吸鋰 離子的碳質(zhì)材料制成的陽極和一種非水電解質(zhì)溶液，其中所述非水電解質(zhì)溶液為權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)定義的非水電解質(zhì)溶液。
全文摘要
一種鋰二次電池用非水電解質(zhì)溶液，包括一種鋰鹽和一種有機(jī)溶劑。以100重量份所述非水電解質(zhì)溶液計(jì)，所述非水電解質(zhì)溶液包括1至5重量份基于磺內(nèi)酯且環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有碳-碳不飽和鍵的化合物；1至5重量份含乙烯基的環(huán)狀碳酸酯化合物；5至10重量份被鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和1至5重量份基于二腈的化合物。這種非水電解質(zhì)溶液可提高在鋰二次電池的陽極表面上形成的SEI膜的穩(wěn)定性，從而改善常溫循環(huán)性能和高溫循環(huán)性能。
文檔編號(hào)H01M10/36GK102017270SQ200980114055
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者姜熙京, 樸昭映, 裴峻晟 申請人:株式會(huì)社Lg化學(xué)