[發(fā)明專利]用于非水性電解質(zhì)的添加劑及使用其的二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680023925.1
• 申請(qǐng)日: 2006-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101213702A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鎬春;樸胎潤(rùn);崔龍洙;樸洪奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社LG化學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/40
• 分類號(hào): H01M10/40
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王海川;樊衛(wèi)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于非水性電解質(zhì)的添加劑，其可以改善二次電池的循環(huán)壽命、充電/放電效率及高溫儲(chǔ)存的特性。本發(fā)明還涉及包含相同添加劑的非水性電解質(zhì)二次電池。

背景技術(shù)

近來(lái)，對(duì)于能量?jī)?chǔ)存技術(shù)的興趣逐漸增加。隨著電池被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、攝錄影機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人電腦和電動(dòng)車的能量?jī)?chǔ)存中，對(duì)于電池研究與開(kāi)發(fā)的努力也在增加。在此情況下，電化學(xué)裝置的領(lǐng)域備受矚目，其中，又特別聚焦在可充電/可放電二次電池的開(kāi)發(fā)。最近，在此類電池的開(kāi)發(fā)上正在進(jìn)行積極的研究，目的在于設(shè)計(jì)出提供改良的容量密度與特定能量的新型電極和電池。

在目前所使用的二次電池當(dāng)中，1990年代初期開(kāi)發(fā)的鋰二次電池是關(guān)注的焦點(diǎn)，因相對(duì)于傳統(tǒng)電池如Ni-MH、Ni-Cd及硫酸鉛電池，鋰二次電池具有更高的驅(qū)動(dòng)電壓及高得多的能量密度等優(yōu)點(diǎn)。要獲得如此的高驅(qū)動(dòng)電壓，必須提供在0至4.2V范圍內(nèi)的充電/放電電壓中保持穩(wěn)定的電解質(zhì)組合物。

鋰二次電池包括陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)。在第一次充電循環(huán)中，鋰離子自陰極活性材料中脫出。接著，鋰離子被嵌入陽(yáng)極活性材料如碳粒子中，而在放電時(shí)再自陽(yáng)極活性材料中脫出。在此方式下，鋰離子在往返于陰極與陽(yáng)極時(shí)傳遞能量，因此使電池被充電/放電。這類鋰電池有一個(gè)問(wèn)題，即它們?cè)谥貜?fù)充電/放電的循環(huán)中造成電池品質(zhì)的降低。當(dāng)電池具有較高的容量密度時(shí)，上述問(wèn)題更顯嚴(yán)重。此外，雖然根據(jù)電池中所使用的電解質(zhì)而存在差異，但在大部分情況中，電解質(zhì)可在陰極和/或陽(yáng)極表面上分解，造成電池品質(zhì)與安全性的降低。

為了解決上述問(wèn)題，需要一種通過(guò)使用非水性電解質(zhì)用添加劑而改善電池循環(huán)壽命特性的方法。

日本專利公布第2003-331709號(hào)公開(kāi)了使用交酯作為電解質(zhì)用添加劑，以增加鋰二次電池的充電/放電效能，并改善鋰二次電池的循環(huán)壽命特性。在此專利中認(rèn)為交酯可有效抑制在由石墨所形成的陽(yáng)極中的電解質(zhì)分解。

此外，日本專利公開(kāi)第1995-192761號(hào)公開(kāi)了使用交酯作為電解質(zhì)用添加劑，以抑制鋰二次電池的自行放電，并改善鋰二次電池的高溫儲(chǔ)存特性及循環(huán)壽命特性。在此申請(qǐng)案中認(rèn)為，交酯通過(guò)去除水分而抑制了電解質(zhì)中HF的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而產(chǎn)生。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在鋰二次電池中使用如下式II所示的交酯化合物作為其電解質(zhì)用添加劑時(shí)，該鋰二次電池的總體品質(zhì)根據(jù)化合物中所示取代基(如R₁～R₄)的類型及數(shù)量而大不相同：

[式II]

特別是，當(dāng)僅將一個(gè)非氫取代基引入到所述化合物由R₁～R₄表示的取代基中時(shí)，可以看到采用包含此添加劑的電解質(zhì)的所得鋰二次電池表現(xiàn)出優(yōu)異的總體品質(zhì)，包括充電/放電效能/循環(huán)壽命特性和高溫特性。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供包含電解質(zhì)用添加劑的非水性電解質(zhì)，其能夠改善電池的品質(zhì)。本發(fā)明的另一目的在于提供包含上述非水性電解質(zhì)的二次電池。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種二次電池用電解質(zhì)，其包括：(a)電解質(zhì)鹽；(b)電解質(zhì)用溶劑；以及(c)由下式1所表示的化合物：

[式1]

其中，R是鹵素原子，或者鹵素取代或未取代的C1～C10烷基或烯基。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電極，其具有部分或全部形成于電極表面上的鈍化層，其中該鈍化層包括由上述式1所示的化合物或其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包含上述相同電極的鋰二次電池。

下文將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳盡地說(shuō)明。

本發(fā)明的特征在于使用交酯樣化合物，即由上述式1所示的化合物，其中只引入一個(gè)非氫取代基(R)，用此化合物作為形成電池用非水性電解質(zhì)的構(gòu)成要素之一。

式1所示的化合物中只引入一個(gè)非氫取代基，相較于目前所使用具有至少兩個(gè)非氫取代基的交酯化合物(式3)，其顯示出更低的還原電位(在半電池的情況中則為更高的還原電位)。此外，根據(jù)本發(fā)明所公開(kāi)的化合物，相較于目前所使用不具有非氫取代基的乙交酯化合物(式2)，表現(xiàn)出更好的物理、化學(xué)及熱穩(wěn)定性。

基于上述優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的鋰二次電池可以提供改善的循環(huán)壽命特性、長(zhǎng)的使用期限和高溫儲(chǔ)存特性。

(1)一個(gè)電池的品質(zhì)主要決定于電解質(zhì)的構(gòu)成要素及固體電解質(zhì)界面(SEI)，其是經(jīng)由電解質(zhì)與電極間的反應(yīng)而形成。