[發明專利]非水電解質及包含該非水電解質的二次電池

有效

• 申請號: 200880019429.8
• 申請日: 2008-06-10
• 公開（公告）號: CN101682082A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 李鎬春;曹正柱;尹琇珍
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M4/139;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳曉萍;鐘守期

技術領域

本發明涉及非水電解質及包含該非水電解質的二次電池。更具體地，本發明涉及可同時改進電池的多種特性，如壽命特性、高溫性能等的非水電解質，和包含該非水電解質的二次電池。

背景技術

近來，人們對儲能技術的關注不斷增加。電化學設備已作為能量來源廣泛用于移動電話、可攜式攝像機、筆記本電腦、PC以及電動車，引起了密集的研發。在這方面電化學設備引起人們極大的興趣。特別地，人們的興趣已聚焦在可充電二次電池的發展上。

在目前使用的二次電池中，在20世紀90年代初開發出的鋰二次電池通常具有約3.6V至約3.7V的平均放電電壓，比常規電池(如Ni-MH電池、Ni-Cd電池等)驅動電壓和能量密度更高，因此它們在二次電池領域更為突出。

然而，隨著鋰二次電池應用領域逐漸擴展，需要從高速容量、循環能力、穩定性等方面改善電池特性。例如，高速容量是指在高電流下高速充電/放電能力指標，并被認為是需要大功率的領域，如電動工具、HEV(混合電動車)等領域中的一個重要因素。然而，一個問題是使用非水電解質的鋰二次電池比使用含水電解質的常規電池(如Ni-MH電池、Ni-Cd電池等)的鋰離子傳導率低。

同樣，用于二次電池的非水電解質通常包括一種電解質溶劑和一種電解質鹽。此時電解質溶劑在電池充電/放電期間可能會在電極表面上分解，或者可能通過在碳質材料陽極層間共同嵌入而損壞陽極結構，從而阻礙電池的穩定性。已知該問題可在電池初始充電期間通過電解質溶劑的還原而在陽極表面上形成的固體電解質界面(下文稱作SEI)層解決，但通常SEI層不足以持續保護陽極。因此，上述問題會在電池充電/放電期間持續發生，由此引起電池壽命特性降低的問題。尤其是當在高溫下驅動或放置電池時，由于其熱不穩定性，SEI層會由于隨時間不斷增加的電化學和熱能而損壞。因此，在高溫時，一個問題是電池特性更加顯著地降低，特別是，SEI層的損壞會不斷產生氣體(如CO₂)、電解質分解等，從而增加電池的內部壓力和厚度。

為解決上述問題，EU683537和JP1996-45545公開了使用碳酸亞乙烯酯(下文稱作VC)作電解質添加劑以在陽極表面上形成SEI層的方法。然而，由VC形成的SEI層不能改善電池的高速容量和高溫性能，因為SEI層具有稍高的電阻，且在高溫下會損壞。

如上所述，在現有技術中，當將某些化合物加入電解質以改善電池特性時，只有某些特性可得到改善而其他特性會降低或維持不變。

發明內容

因此，做出本發明是基于上述問題。本發明的一個目標是提供一種既包括一種鹵代環狀碳酸酯化合物又包括一種在其分子中包含乙烯基團的化合物的電解質，以最優化在陽極表面上形成的SEI層的性質，如穩定性和鋰離子傳導性，同時改善多種電池特性，如壽命特性、高溫性能。

依照本發明的一個方面，提供了一種電解質和包括該電解質的二次電池，所述電解質包括一種電解質鹽和一種電解質溶劑，和i)一種用至少一種鹵素取代的環狀碳酸酯化合物；和ii)一種在其分子中包含由式1表示的乙烯基團的化合物。

依照本發明的另一個方面，提供了一種電解質和包括該電解質的二次電池，電極包括在其表面部分或全部形成的固體電解質界面(SEI)層，所述SEI層包含一種用至少一種鹵素取代的環狀碳酸酯化合物和一種含由式1表示的乙烯基團的化合物，或由其化學反應形成的物質。

[式1]

在式1中，n代表0至6；每個R₁、R₂和R₃獨立地代表氫原子、鹵原子、C₁～C₆烷基、C₃～C₁₂環烷基、C₆～C₁₂芳基或C₂～C₆烯基，所述基團可被鹵原子或氰基取代/非取代。

下面將詳細描述本發明。

通常，在二次電池第一次充電過程中，在陽極活性材料表面上，通過電解質(例如電解質鹽和/或電解質溶劑)的還原分解和可逆鋰量的部分消耗來形成固體電解質界面(SEI)層。理想的SEI層不溶于電解質，是電絕緣體，可傳導離子(例如Li+)，在連續充電/放電時穩定而不會損壞，甚至在損壞之后可迅速再生。