[發明專利]用于電化學裝置的電解液及其電化學裝置

有效

• 申請號: 200910004276.6
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101814634A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 何麗貞;黃志偉;陳博正
• 申請（專利權）人: 聚和國際股份有限公司
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;C07D317/36
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃健

技術領域

本發明是關于一種用于電化學裝置的電解液及其電化學裝置，特別是關于一種有助于抑制電池材料崩解的電解液及具有該電解液的電化學裝置。

背景技術

近年來，對于儲存能量科技的研究日見增長。電池已被廣泛地應用于例如行動電話、攝錄象機、筆記型電腦等，相關人員對此已投入不少研究。其中，二次電池(secondary?battery)更引發廣大的興趣。對于二次電池的主要研究方向為提升其能量密度(energy?density)與循環壽命(cycle?life)。

在目前所使用的二次電池中，鋰離子二次電池于1990年代被開發出來。相較于使用水性電解質的傳統電池(例如：鎳氫電池、鎳鎘電池及鉛酸電池)，鋰離子二次電池具有較高的工作電壓(working?voltage)與能量密度，因此在二次電池中引發較多的研究。然而，鋰離子二次電池有一個缺點，就是其在重復的充放電過程中會產生質量退化。隨著鋰離子二次電池的電容量的增大，這個問題會越來越嚴重。因此，鋰離子二次電池的使用壽命有待進一步提高，一般都以改進電解質為主要方向。

鋰離子二次電池的電解液多半以有機碳酸酯(carbonate)作為溶劑，依結構和特性，其可分為兩大類：(一)環狀碳酸酯，如碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，EC)和碳酸丙烯酯(propylene?carbonate，PC)等，其具有較高的介電常數和黏度的特性；(二)鏈狀碳酸酯，如碳酸二甲酯(dimethyl?carbonate，DMC)、碳酸二乙酯(diethyl?carbonate，DEC)和碳酸甲基乙基酯(ethyl?methylcarbonate，EMC)等，此類成分具有較低的介電常數與黏度的特性。理想的電解液須同時具有高介電常數和低黏度的特性，所以一般的電解液會同時含有高介電常數的環狀碳酸酯和低黏度的鏈狀碳酸酯。

但是，EC和PC分別具有以下的特性：(一)EC于第一次充電過程中，會于電池的負極表面生成良好的鈍性膜，而PC、DEC、DMC與EMC皆無法生成良好的鈍性膜，但是EC的熔點高達37攝氏度，會造成電池在低溫狀態下的充放電效能不佳。(二)PC的熔點為-49攝氏度，在低溫下仍有良好的流動性，但PC易與鋰離子產生「共遷入」(co-intercalation)而進入碳材層狀結構內部，當電位達PC的還原電位時，PC會產生還原性裂解，同時會生成氣體造成負極結構性的破壞，因此PC的含量過高往往會造成電池壽命的減少。

為了解決上述問題，一般商用電解液大多會采用EC與PC的混合溶劑，避免上述缺點，以提高電池的性能；除了調整溶劑成分的配比之外，添加劑的使用成為改善電池壽命、電容量和低溫效能最有效的方式；但常見的添加劑如碳酸乙烯基酯(vinylene?carbonate)、亞硫酸烷類(sulfites)、硫酸烷類(sulfates)、磷酸酯或其衍生物化合物等，價格上不僅較為昂貴，效果亦差強人意。

對此，日本專利公開2002-158034號揭示了一種丙烯酸化合物作為鋰離子二次電池電解液的添加物。該丙烯酸添加物可抑制鋰離子二次電池中氣體的產生及陽極的退化。此外，日本專利公開2003-168479公開了一種具有至少三個丙烯醛基團的丙烯酸化合物作為鋰離子二次電池電解液的添加物，該化合物可經由在陽極上的還原反應產生固體電解質界面膜(SEI膜，solid?electrolyte?interface?layer)。SEI膜可以抑制電解液在陽極上的分解反應，因此可以增加電池的壽命。另外，WO?2008/050971揭示了一種具有可聚合雙鍵的丙烯酸化合物作為鋰離子二次電池電解液添加物，其亦具有形成SEI膜的效果。

我們期待在現有技術的基礎上開發新穎的鋰離子二次電池電解液添加物，其有助于在碳材表面形成結構穩定的SEI膜，抑制碳材的崩解，以進一步提高鋰離子二次電池的使用壽命。

發明內容

有鑒于現有技術的缺失，本發明的目的在于提供一種用于電化學裝置(例如鋰離子二次電池)的電解液，通過電解液中新的添加劑成分使負極碳材表面形成結構穩定的SEI膜以抑制崩解現象的發生，提高電池的壽命。并且，該電解液有助于減緩正極片在充放電過程中電容量的衰減，長時間維持較佳的性能。

本發明的另一目的在于提供使用該電解液的電化學裝置。該電解液中含有新穎添加劑，能夠在負極碳材表面形成結構穩定的SEI膜以抑制崩解現象的發生，提高電池的壽命。并且，該電解液有助于減緩正極片在充放電過程中電容量的衰減，長時間維持較佳的性能。