[發(fā)明專利]鋰二次電池用電解質(zhì)和包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380019538.0
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN104247136B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 全鐘昊;金庾錫;梁斗景;金瑟琪
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 陳海濤,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰二次電池用電解質(zhì)和包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池。更具體地，本發(fā)明涉及鋰二次電池用電解質(zhì)和包含所述電解質(zhì)的鋰二次電池，所述電解質(zhì)包含非水溶劑和鋰鹽，其中基于所述非水溶劑的總重量，所述電解質(zhì)包含1～60重量％的環(huán)狀碳酸酯和40～99重量％的鏈狀溶劑。

背景技術(shù)

由于因化石燃料的耗盡而導(dǎo)致能源價格提高且對環(huán)境污染的關(guān)注日益增加，所以對環(huán)境友好的替代能源的需求必定在未來中發(fā)揮越來越重要的作用。由此，持續(xù)對各種發(fā)電技術(shù)如核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能等進行研究，且用于更有效使用產(chǎn)生的能量的電力存儲裝置也引起了更多的關(guān)注。

特別地，隨著對移動裝置技術(shù)的持續(xù)開發(fā)和對其需求的日益增加，對鋰二次電池的需求急劇增加。近來，已經(jīng)實現(xiàn)了將鋰二次電池用作電動車輛(EV)和混合電動車輛(HEV)的電源，且關(guān)于鋰二次電池的市場通過智能電網(wǎng)技術(shù)而持續(xù)擴展至諸如輔助電力供應(yīng)的應(yīng)用。

這種鋰二次電池通常將金屬氧化物如LiCoO₂等用作正極活性材料，并將碳質(zhì)材料用作負極活性材料。通過將聚烯烴類多孔隔膜設(shè)置在負極與正極之間并利用含鋰鹽如LiPF₆等的非水電解質(zhì)對制得的結(jié)構(gòu)進行浸漬，制造這種鋰二次電池。當(dāng)對鋰二次電池進行充電時，正極活性材料的鋰離子從其脫嵌，然后嵌入負極的碳層中。當(dāng)對鋰二次電池進行放電時，碳層的鋰離子脫嵌，然后嵌入回到正極活性材料中。在這點上，非水電解質(zhì)充當(dāng)鋰離子在負極與正極之間遷移的介質(zhì)。這種鋰二次電池基本要求在電池運行電壓范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，以及在足夠高速率下遷移離子的能力。

然而，鋰二次電池在具有高能量密度和放電電壓的同時具有高的運行電勢，由此高能量可以瞬間流過其中。因此，當(dāng)鋰二次電池過充至4.2V以上時，電解質(zhì)開始分解，且當(dāng)電解質(zhì)的溫度升高時，電解質(zhì)可以容易地達到燃點，這導(dǎo)致燃燒的概率高。

另外，近來，作為常規(guī)電極活性材料的替代，對將尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰鎳基金屬氧化物用于正極中或?qū)団佈趸镉米髫摌O活性材料進行了研究。

特別地，具有式LiNi_xMn_2-xO₄(其中x＝0.01～0.6)的尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰金屬氧化物(其為用于高電壓應(yīng)用的活性材料)由于其具有4.7V的平均電壓，達到電解質(zhì)的氧化電勢，由此電解質(zhì)被氧化，導(dǎo)致產(chǎn)生諸如氣體等的副產(chǎn)物，這劣化二次電池的安全性。

因此，需要開發(fā)能夠解決這些問題的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

因此，為了解決上述問題和尚未解決的其他技術(shù)問題而完成了本發(fā)明。

作為各種廣泛且細致研究和實驗的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用包含預(yù)定量的特殊鏈狀溶劑和環(huán)狀碳酸酯的鋰二次電池用電解質(zhì)時，可以實現(xiàn)期望的效果，由此完成了本發(fā)明。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種鋰二次電池用電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包含非水溶劑和鋰鹽，其中基于所述非水溶劑的總重量，所述電解質(zhì)包含1～60重量％的環(huán)狀碳酸酯和40～99重量％的鏈狀溶劑。

如上所述，鋰二次電池具有高運行電勢，由此電解質(zhì)在高電勢下被氧化，且諸如氣體等的副產(chǎn)物是降低鋰二次電池安全性的原因。

由此，本發(fā)明的發(fā)明人確認，如同下面的實驗例中，當(dāng)使用包含預(yù)定量的特殊鏈狀溶劑和環(huán)狀碳酸酯的二次電池用電解質(zhì)時，電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性增強，由此二次電池的倍率特性和壽命特性增強。

特別地，環(huán)狀碳酸酯和鏈狀溶劑是本領(lǐng)域內(nèi)已知的任意環(huán)狀碳酸酯和鏈狀溶劑。其實例包括但不限于碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丁酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、丙酸甲酯(MP)、二甲亞砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內(nèi)酯(GBL)、氟代碳酸亞乙酯(FEC)、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯及它們的混合物。另外，可以使用有機溶劑和鏈狀酯物質(zhì)的鹵素衍生物。

例如，環(huán)狀碳酸酯可以為選自如下物質(zhì)中的至少一種：EC、PC、BC和FEC，且鏈狀溶劑可以為選自如下物質(zhì)中的至少一種鏈狀碳酸酯或酯：DMC、DEC、EMC和MP。

更具體地，所述環(huán)狀碳酸酯可以為FEC，且鏈狀溶劑可以為DMC或MP。當(dāng)將FEC用作環(huán)狀碳酸酯時，電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性提高，結(jié)果，鋰二次電池的總體特性會增強。