[發明專利]用于可充電鋰電池的電解液及可充電鋰電池

無效

• 申請號: 200910177616.5
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN101853965A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 黃德哲;李相旻;柳京漢;金相珍
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星;羅延紅

本申請要求于2009年4月1日提交到韓國知識產權局的第10-2009-0028104號韓國專利申請的優先權和權益，該申請的全部內容通過引用包含于此。

技術領域

本公開涉及一種包含添加劑的可充電鋰電池的電解液及一種包含該電解液的可充電鋰電池。

背景技術

鋰可充電電池作為小型便攜式電子設備的電源最近已引起注意。鋰可充電電池使用有機電解液溶液，從而具有兩倍于使用堿性水溶液的傳統電池的放電電壓，因此具有高的能量密度。

對于可充電鋰電池的負極活性材料，已經使用了各種碳類物質例如人工石墨、天然石墨、硬碳，這些負極活性材料都能嵌入和脫嵌鋰離子。

對于可充電鋰電池的正極活性材料，已經研究了作為復合金屬氧化物的氧族元素化合物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)和LiMnO₂等。

對于電解液，已經使用了溶解在包括碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等非水溶劑中的鋰鹽。

在可充電鋰電池的初次充電過程中，從電池的鋰過渡金屬氧化物正極釋放的鋰離子轉移到碳負極，鋰離子在碳負極中嵌入到碳中。由于鋰的反應性高，所以鋰與碳負極反應生成Li₂CO₃、LiO、LiOH等，從而在負極表面上形成薄膜。該膜被稱為有機固體電解質界面(SEI)膜。在初次充電過程中形成的有機SEI膜不但阻止(或防止)在充電和放電過程中鋰離子與碳負極或其它材料之間的反應，而且它還作為只允許鋰離子通過的離子通道(ion?tunnel)。該離子通道阻止(或防止)碳負極結構的瓦解，碳負極結構的瓦解引起在電解液中具有高分子量的有機溶劑使鋰離子溶劑化，并且該溶劑和溶劑化的鋰離子共嵌入到碳負極中。一旦有機SEI膜形成，鋰離子不再與碳電極或其它材料反應，這樣維持一定量的鋰離子可逆。

然而，在有機SEI層形成反應的過程中，由于碳酸酯類有機溶液的分解，導致可能發生在使用碳酸酯類有機溶液的電池內部產生氣體的問題。根據使用的非水有機溶劑和負極活性材料的類型，這些氣體包括H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₃H₆等。由于在電池內部產生氣體，所以電池在充電的過程中會膨脹。另外，通過電化學能和熱能SEI膜慢慢地瓦解，充電之后當充滿電的電池在高溫下儲存時(例如，如果以4.2V?100％充電之后以85℃儲存4天)，SEI膜的瓦解隨著時間的推移而增加。因此，負極的暴露表面與周圍電解液的副反應持續地發生而產生氣體。電池的內壓隨著氣體的產生而增大。

因此，需要開發這樣一種電解液添加劑，即該添加劑通過防止或減少在SEI膜形成反應過程中氣體的產生來抑制內壓，并且還要提高在高溫下的容量保持率。

發明內容

本發明實施例的一方面提供一種具有高電壓并且在高溫下具有優異儲存特性的可充電鋰電池的電解液。

本發明實施例的一方面提供一種包含用于可充電鋰電池的電解液的可充電鋰電池。

根據本發明的實施例，提供一種包括非水有機溶劑、鋰鹽和電解液添加劑的用于可充電鋰電池的電解液。該電解液添加劑包括基于電解液總重量的2wt％到6wt％的丁二腈、2wt％到6wt％的烷烴磺內酯或烯烴磺內酯和1wt％到3wt％的碳酸乙烯基亞乙酯。

另外，可充電鋰電池的電解液添加劑可以包括100重量份的丁二腈、35到300重量份的烷烴磺內酯或烯烴磺內酯及20到150重量份的碳酸乙烯基亞乙酯。

所述烷烴磺內酯可以選自于由1，3-丙烷磺內酯、丁烷磺內酯及它們的組合組成的組，烯烴磺內酯可以選自于1，3-(1-丙烯磺內酯)(丙烯基-1，3-磺內酯)。

本發明的另一個實施例提供了一種可充電鋰電池，所述可充電鋰電池包括：正極，包含正極活性材料；負極，包含負極活性材料；上述的電解液。

所述正極活性材料可以選自于由下列式子表示的化合物：