[發明專利]鋰二次電池用電解液和包含其的鋰二次電池

在審

• 申請號: 201380055927.9
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104756302A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 崔寧根;鄭鐘模;蔡宗鉉;李哲行;鄭根昌;尹柔琳;崔溁哲;尹勝哉
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M4/58;H01M4/583
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及鋰二次電池用電解液和包含其的鋰二次電池。更特別地，本發明涉及包含鋰鹽和非水溶劑的鋰二次電池用電解液和包含其的鋰二次電池，其中所述電解液包含烷硫基類溶劑。

背景技術

隨著移動裝置技術持續開發且對其的需要持續增加，對作為能源的鋰二次電池的需要在快速增加。最近，已經實現了將鋰二次電池用作電動車輛(EV)和混合動力車輛(HEV)的電源。因此，正在積極進行對可以滿足各種要求的二次電池的研究。特別地，對具有高能量密度、高放電電壓和輸出穩定性的鋰二次電池存在高需求。

特別地，用于混合動力車輛的鋰二次電池必須在短時間內顯示大輸出并且可以在每天重復充放電的嚴苛條件下使用10年以上。因此，必然要求比現有的小型鋰二次電池顯示更優異的穩定性和輸出特性的鋰二次電池。

在這點上，現有的鋰二次電池通常使用具有層狀結構的鋰鈷復合氧化物作為正極并使用石墨類材料作為負極。然而，LiCoO₂具有諸如能量密度和高溫特性優異的優點，并同時具有諸如輸出特性差的缺點。由于這種缺點，因突然發動和緊急加速時臨時需要的高輸出是由電池提供的，由此LiCoO₂不適合用于需要高輸出的混合動力車輛(HEV)。另外，由于制備LiNiO₂的方法的特性，難以以合理的成本將LiNiO₂應用于實際的制造過程。此外，鋰錳氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等顯示諸如循環特性差等的缺點。

因此，正在研究使用鋰過渡金屬磷酸化物作為正極活性材料的方法。鋰過渡金屬磷酸化物大致分為具有NaSICON結構的LixM₂(PO₄)₃和具有橄欖石結構的LiMPO₄，并且在與現有的LiCoO₂相比時，被看作是具有優異穩定性的材料。

主要將碳基活性材料用作負極活性材料。碳基活性材料具有約-3V的非常低的放電電位，并由于石墨烯層的單軸取向而顯示非常可逆的充放電行為，從而顯示優異的電極循環壽命。

同時，通過如下制備鋰二次電池：將多孔聚合物隔膜設置在負極和正極之間，并向其中插入包含鋰鹽如LiPF₆等的非水電解液。在充電期間，正極活性材料的鋰離子放出并插入到負極的碳層中，而在放電期間，碳層的鋰離子放出并插入到正極活性材料中。就這點而言，負極和正極之間的非水電解液充當其中鋰離子遷移的介質。這種鋰二次電池必須基本上在電池運行電壓的范圍內并且必須具有以足夠快的速度傳遞離子的能力。

作為非水電解液，使用現有的碳酸酯類溶劑。然而，碳酸酯類溶劑具有諸如由于粘度增大而使得離子傳導性下降的問題。

因此，迫切需要解決所述問題的技術。

發明內容

技術問題

本發明旨在解決相關技術的上述問題并實現長期尋求的技術目的。

作為各種廣泛且深入的研究和實驗的結果，本發明的發明人確認，當使用包含預定的烷硫基類溶劑的二次電池用電解液時，可以實現期望的效果，由此完成本發明。

技術方案

根據本發明的一方面，提供一種包含鋰鹽和非水溶劑的鋰二次電池用電解液，其中所述電解液包含烷硫基類溶劑。

通常，碳酸酯溶劑由于其粘度高而具有低的離子傳導性。另一方面，在烷硫基類溶劑的情況下，硫被取代，由此與鋰離子的結合能低。因此，當與碳酸酯類溶劑相比時，烷硫基類溶劑具有相對低的粘度和介電常數，由此可以提高鋰離子的遷移和離子離解。另外，由于粘度低，即使在低溫下也可以顯示高的離子傳導性。

作為所述烷硫基類溶劑，可以使用對鋰離子的結合能為0.1eV～4.0eV的烷硫基類溶劑。作為一個實例，可以使用由選自根據下式(1)～(5)的化合物中的至少一種構成的烷硫基類溶劑。

(雙甲硫基甲烷)

(1,2-雙甲硫基乙烷)

(1,2-雙乙硫基乙烷)

(1,5-雙甲硫基戊烷)

(四氫噻吩)

所述電解液可以另外包含選自碳酸酯類溶劑和醚類溶劑的至少一種以最大化效果。

本發明中的體積比基于室溫。在一個實施方式中，所述電解液的溶劑可以由烷硫基類溶劑和碳酸酯類溶劑構成，并且在這種情況下，基于電解液的總體積比，烷硫基類溶劑:碳酸酯類溶劑的混合比可以為20:80～80:20，特別地為30:70～70:30，更特別地為40:60～60:40。