[發明專利]包含電接枝單體的有機電解質溶液及采用它的鋰電池

有效

• 申請號: 200710005780.9
• 申請日: 2007-02-13
• 公開（公告）號: CN101132082A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 柳永均;馬相國;崔在榮;李錫守
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M6/16;H01B1/12;C07C69/54
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發明涉及鋰電池，更具體地，本發明涉及采用能夠電接枝(electrograft)的單體化合物的有機電解質溶液，以及采用該有機電解質溶液因而具有更好充/放電特性的鋰電池。

背景技術

隨著便攜式電子設備如攝像機、便攜式電話、筆記本PC朝著輕便和高性能方向發展，正在對作為驅動電源的電池進行更多的研究。具體地，正在積極地研究可充電(二次)鋰電池，因為它們的能量密度(每單位重量)比常規的鉛蓄電池、鎳-鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等高三倍，并且可以快速充電。

常規鋰電池以高電壓工作，因而，不能使用常規的含水電解質溶液，因為含水電解質溶液與用于陽極的鋰劇烈反應。在這方面，鋰電池中使用通過將鋰鹽溶解于有機溶劑而得到的有機電解質溶液。此時，優選使用具有高離子導電性、高介電常數和低粘度的有機溶劑。然而，難于獲得滿足所有這些要求的單個有機溶劑，因而提議使用高介電常數有機溶劑與低粘度有機溶劑的混合溶劑。

當使用碳酸酯-基非水極性溶劑于鋰二次電池時，因為第一次充電過程中陽極與電解質溶液之間的反應而使用過量裝填。這種不可逆反應于陽極表面形成鈍化層，如固體電解質界面(SEI)薄膜。該SEI薄膜的作用是阻止電解質溶液的進一步分解并保持穩定的充/放電[J.Power?Sources，51(1994)，79-104]。該SEI薄膜還充當僅有鋰離子經過的離子通道。也就是說，SEI薄膜阻止鋰離子與溶劑化該鋰離子并與該鋰離子一起進入碳陽極的有機溶劑的共同嵌入，進而阻止陽極結構的退化。

然而，由于電池反復充/放電時活性物質的體積膨脹和收縮，SEI薄膜逐漸出現裂縫并從電極表面剝落。結果，電解質直接接觸活性物質，進而發生電解質的連續分解。一旦SEI薄膜出現裂縫，該裂縫在電池充/放電期間持續延伸，從而導致活性物質退化。特別地，當活性物質包含金屬如硅時，活性物質的退化會因為基于充/放電循環的大的體積變化而變得更加糟糕。而且，活性物質的反復的體積收縮和膨脹還導致硅顆粒的聚集。

有鑒于上述問題，仍然需要開發能夠阻止金屬活性物質與電解質直接接觸，同時阻止鋰離子傳導特性降低，進而提高電池的充/放電特性的技術。

發明內容

本發明提供一種有機電解質溶液，其采用可以電接枝的單體化合物，因而阻止金屬活性物質與電解質直接接觸，同時阻止鋰離子傳導特性的降低。

本發明還提供采用該有機電解質溶液因而具有更好充/放電特性的鋰電池。

根據本發明的一個方面，提供一種有機電解質溶液，其包含：

鋰鹽；

有機溶劑，其包括高介電常數溶劑和低沸點溶劑；及

下面式1所示的單體化合物：

<式1>

式中

n為1～20的實數；

m為0～10的整數；

q為1～10的整數；

X₁，X₂，X₃，及X₄各自獨立地為O，CH₂，或者NH；

R₁和R₂各自獨立地為氫，鹵素，被鹵素取代或未取代的C_1-20烷氧基，被鹵素取代或未取代的C_1-20烷基，被鹵素取代或未取代的C_6-30芳基，或者被鹵素取代或未取代的C_2-30雜芳基；及

A₁為至少一種選自下列的極性重復單元：氧化烯基，羰基，及

其中R₃為氫或者被鹵素取代或未取代的C_1-20烷基。

根據本發明的實施方案，在該有機電解質溶液中，上述式1的單體化合物可以為選自下面式2和式3所示化合物中的至少一種：

<式2>

<式3>

式中

R₁，R₂，X₁，X₂，X₃，X₄，及n的定義同上。

根據本發明的另一實施方案，在該有機電解質溶液中，上述式1的單體化合物可以為選自下面式4和式5所示化合物中的至少一種：

<式4>

<式5>