用于鋰二次電池的電解質(zhì)和包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池的制作方法
【專利摘要】含硅酮的化合物為用于改善鋰二次電池的高溫壽命特性和/或高溫穩(wěn)定性的鋰二次電池電解質(zhì)的添加劑。鋰二次電池的電解質(zhì)包括所述含硅酮的化合物。鋰二次電池包括所述電解質(zhì)。還提供了制備所述含硅酮的化合物的方法。
【專利說明】用于鋰二次電池的電解質(zhì)和包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年7月8日向美國專利商標(biāo)局提交的美國臨時申請 61/843, 847的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明中的一個或更多個實施方式涉及含硅酮的化合物、用于鋰二次電池的電解 質(zhì)、包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池和制備所述含硅酮的化合物的方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 鋰二次電池可高倍率充電，并具有比常規(guī)鉛儲存電池（例如鎳鉻（Ni-Cd)電池、鎳 氫電池和鎳鋅電池）高約三倍的能量密度。因此，存在涉及鋰二次電池的越來越多的研究 和開發(fā)。
[0005] 通常，鋰二次電池包括陰極、陽極、及布置在陰極和陽極之間的隔板、和電解質(zhì)。電 解質(zhì)用于在陰極和陽極之間傳輸鋰離子。
[0006] 這些鋰離子可通過與電子一起流動而保持電荷中性，并且可用作在電極中儲存電 能的介質(zhì)。因此，嵌入電極中的鋰離子的量是重要的。因此，為獲得高電池性能，期望具有 高離子傳導(dǎo)性、高電化學(xué)穩(wěn)定性和高熱穩(wěn)定性的電解質(zhì)。
[0007] 隨著近來對高能量密度鋰二次電池的越來越多的需求（例如，用于電動汽車中）， 已經(jīng)使用高壓電極活性物質(zhì)。通過使用低電位陽極活性物質(zhì)和高電位陰極活性物質(zhì)，電 解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性的范圍可比陽極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)之間的電位差更窄，并且因 此，鋰二次電池會更易于在陰極和/或陽極的表面處分解（特別是在高溫下）。用于電動汽 車和能量儲存系統(tǒng)的鋰二次電池更有可能暴露于高溫環(huán)境下，并經(jīng)受由快速充電和放電帶 來的溫度快速升高。這樣的高溫環(huán)境會減少電池的壽命和其中存儲的能量的量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方面，含硅酮的化合物被用作鋰二次電池電解質(zhì)中的添 加劑，以改善所述鋰二次電池的高溫壽命特性和高溫穩(wěn)定性。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方面，用于鋰二次電池的電解質(zhì)改善了鋰二次電池的高 溫壽命特性和高溫穩(wěn)定性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方面，包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池具有改善的高溫壽 命特性和高溫穩(wěn)定性。
[0011] 本發(fā)明中的一個或更多個實施方式還涉及適于用作用于鋰二次電池電解質(zhì)的添 加劑的含硅酮的化合物及制備所述含硅酮的化合物的方法。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于鋰二次電池的電解質(zhì)包括鋰鹽和由式1表示的含硅 酮的化合物：
[0013] 式1

【權(quán)利要求】
1. 一種用于鋰二次電池的電解質(zhì)，包括： 鋰鹽；和 由式1表示的包含硅酮的化合物： 〈式1> 其中：
X為氮或磷； 尺和札各自獨(dú)立地選自由氫原子、羥基、氰基、-(?!￡、-(：( = 0)艮、-(：(=0)01^、-0(：(= 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的C1至C6烷基、取代或未取代的C1至C6烷 氧基、取代或未取代的C2至C6烯基、取代或未取代的C2至C6炔基、取代或未取代的C3至 C12環(huán)烷基、取代或未取代的C6至C20芳基、取代或未取代的C6至C20芳氧基和取代或未 取代的C6至C20雜芳基組成的組中，其中，Rx為C1至C6烷基或C6至C20芳基； R2、R3 和 R4 各自獨(dú)立地選自由氰基、-0Ry、-C ( = 0) Ra、-C ( = 0) 0Ra、-0C ( = 0) Ra、-0C (= 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的Cl至C12烷基、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或 未取代的C2至C12烯基、取代或未取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20環(huán)烷 基、取代或未取代的C6至C12芳基、取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6 至C12雜芳基組成的組中，其中，Ry為C1至C12烷基或C6至C12芳基； Ra選自由氫原子、未取代的C1至C10烷基、被鹵素原子取代的C1至C10烷基、未取代 的C6至C12芳基、被鹵素原子取代的C6至C12芳基、未取代的C6至C12雜芳基和被鹵素 原子取代的C6至C12雜芳基組成的組中；并且 Rb和R。各自獨(dú)立地選自由氫原子、未取代的C1至C10烷基、被鹵素原子取代的C1至 C10烷基、未取代的C2至C10烯基、被鹵素原子取代的C2至C10烯基、未取代的C3至C12 環(huán)烷基、被鹵素原子取代的C3至C12環(huán)烷基、未取代的C6至C12芳基、被鹵素原子取代的 C6至C12芳基、未取代的C6至C12雜芳基、被鹵素原子取代的C6至C12雜芳基和-Si (Rd)3組成的組中，其中，-Si (Rd)3中的Rd為Cl至C10烷基， 并且其中，當(dāng)R為〇&時：r2至r4全部相同； 或者R2至R4不完全相同，且其中的一個或更多個選自由氰基、-〇Ry、-C( = 0)Ra、-C(= 0)0Ra、-0C( = 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或未 取代的C2至C12烯基、取代或未取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20環(huán)烷基、 取代或未取代的C6至C12芳基、取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6至 C12雜芳基組成的組中，其中，Ry為C1至C12烷基或C6至C12芳基；或者 馬至1?4不完全相同，且各自獨(dú)立地選自由氰基、-01^、-(：( = 0)艮、-(：(=0)0艮、-0(：(= 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、一級取代或未取代的C1至C12烷基、二級取代或未取代的C1 至C12烷基、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或未取代的C2至C12烯基、取代或未 取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20環(huán)烷基、取代或未取代的C6至C12芳基、 取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6至C12雜芳基組成的組中，其中，Ry為Cl至C12烷基或C6至C12芳基。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，X為氮。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、&、R2、R3或R4中的一個或 更多個為被取代的基團(tuán)，所述被取代的基團(tuán)的取代基選自由鹵素原子、被鹵素原子取代的 C1至CIO燒基、輕基、硝基、氛基、氣基、脈基、餅基、蹤基、竣基或其鹽，橫酸基或其鹽、憐酸 基或其鹽、C1至C10烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基和C1至C10雜烷基組成的組中。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中： X為氣； R和Ri各自獨(dú)立地選自由C1至C6烷基和被一個或更多個鹵素原子取代的C1至C6烷 基組成的組中；并且 R2、R3和R4各自獨(dú)立地選自由C1至C12烷基、被一個或更多個鹵素原子取代的C1至 C12烷基、C2至C12烯基及被一個或更多個鹵素原子取代的C2至C12烯基組成的組中。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、凡、R2、R3或R4中的一個或 更多個包括烯基。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、&、R2、R3或R4中的一個或 更多個為吸電子基團(tuán)。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、&、R2、R3或R4中的一個或 更多個被氟原子取代。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、&、R2、R3或R4中的一個或 更多個為全氟化的烷基。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，R、&、R2、R3或R4中的一個或 更多個選自由直鏈Cl至C3烷基、Cl至C3烯基、被一個或更多個鹵素原子取代的Cl至C3 烷基和被一個或更多個鹵素原子取代的C1至C3烯基組成的組中。
10. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，由式1表示的所述含硅酮的 化合物選自由化合物1至4組成的組中： 4
〇
11. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，基于所述電解質(zhì)的總重，由 式1表示的所述含硅酮的化合物在所述電解質(zhì)中的含量為0. oiwt%至25wt%。
12. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，所述鋰鹽包括LiPF6。
13. 如權(quán)利要求12所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，進(jìn)一步包括LiP02F2。
14. 如權(quán)利要求13所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，基于所述電解質(zhì)的總重，所 述LiP02F2在所述電解質(zhì)中的含量為0. Olwt%至15wt%。
15. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，其中，所述鋰鹽在所述電解質(zhì)中的 濃度為〇. 1M至2. 0M。
16. 如權(quán)利要求1所述的用于鋰二次電池的電解質(zhì)，進(jìn)一步包括無水有機(jī)溶劑。
17. -種鋰二次電池，包括： 如權(quán)利要求1至16中任一項所述的電解質(zhì)； 包括能夠嵌入和脫嵌鋰的陰極活性物質(zhì)的陰極；和 包括能夠嵌入和脫嵌鋰的陽極活性物質(zhì)的陽極。
18. 如權(quán)利要求17所述的鋰二次電池，進(jìn)一步包括在所述陽極表面上的固體電解質(zhì)界 面SEI層，所述固體電解質(zhì)界面SEI層包括由式1表示的所述含硅酮的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
19. 如權(quán)利要求18所述的鋰二次電池，其中，所述固體電解質(zhì)界面SEI層具有0. lnm至 100nm的厚度。
20. 如權(quán)利要求17所述的鋰二次電池，其中，所述電解質(zhì)包括PF5-酰胺復(fù)合物，并且， 其中所述復(fù)合物中的酰胺從由式1表示的所述含硅酮的化合物裂解。
【文檔編號】H01M10/0525GK104282940SQ201410318679
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】弗拉基米爾·葉戈羅夫, 申又澈, 金秀珍, 禹明希, 車始英, 樸慧珍 申請人:三星Sdi株式會社