[发明专利]液体电解质组合物和含有该组合物的锂电池

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于提供具有改进的平均电压、循环寿命和自放电性能的锂电池的液体电解质组合物，其包含第IV族元素的硫化物，且涉及含有所述电解质的锂电池。

背景技术

锂二次电池具有一种共同的结构特征，即包括一阴极、一阳极、有机电解质和夹在两电极之间的可透过锂离子的隔板。电能是通过在电极上发生的氧化还原反应产生的。锂二次电池根据所使用的电解质的种类通常具有两种类型：使用液体电解质的锂离子电池；和使用固体高分子电解质的锂离子高分子电池。

已有几种通过将各种添加剂混入至电极或电解质中以提高锂电池的能量密度、循环寿命和其它性能的方法。然而，当有添加剂混入电极中时，电极活性材料含量变低，导致能量密度损失(参见日本10-40911号公报)。因此，如日本10-223258和6-333598号公报、US4,618,548和EP1,022,799中所述，为了在不降低能量密度的情况下改进所述电解质的离子导电性，一种优选的方法是将添加剂混入至液体电解质中。

日本10-223258号公报描述了一种添加硼化合物至液体电解质中的方法。在该方法中使用的硼化合物可通过促进锂盐的离解而增长电解质的离子导电性。然而不幸的是，在常规工作条件下处理硼化合物是相当困难的，因为硼化合物具有高反应性。

日本6-333598号公报和US4,618,548提供了一种添加胺化合物至液体电解质中的方法。然而，因为当添加此种胺时，阴极的氧化-还原电压变成约2V，所以这个方法是不适于阴极的氧化-还原电压为约4V的锂二次电池体系，例如使用氧化锂钴(LiCoO₂)的电池。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的平均电压、循环寿命和自放电性能的液体电解质组合物。

本发明的另一个目的是提供包含此种电解质的锂电池。

根据本发明的一个方面，是提供一种含有第IV族元素的硫化物、有机溶剂和锂盐的液体电解质组合物。

附图的简要说明

通过结合附图，本发明的上述和其它目的和特征从本发明的下列描述将变得明显，各附图分别表示：

图1：在实施例和对比例中得到的锂离子电池的正常放电容量(％)作为放电率(C)的函数的变化；

图2：在实施例和对比例中得到的锂离子电池在2C(1300mA)放电率处电压(V)的变化；和

图3：在实施例和对比例中得到的锂离子电池的正常放电容量(％)作为循环次数的函数的变化

本发明的详细描述

根据本发明，提供了一种有机电解质溶液，其包含以基于该电解质溶液的总重量为0.01-0.4重量％、优选0.05-0.3重量％的第IV族元素的硫化物作为质量提高添加剂。当二硫化物的量超过0.4重量％时，降低了容量和循环寿命且SEI膜电阻增加。

本发明的硫化物，优选是二硫化碳。

可以用在本发明中的示例性锂盐是LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂和它们的混合物。所述锂盐在电解质溶液中的浓度可以是0.5-2.0M。当锂盐的浓度是低于0.5M时，容量变差且当超过2.0M时，循环寿命性能变差。

在本发明中使用的有机溶剂的代表性实例包括碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯、亚硫酸亚乙酯、亚硫酸亚丙酯和四氢呋喃。

本发明的电解质溶液可通过将硫化物、锂盐和有机溶剂简单地混合而制备。

根据本发明的另一个方面，是提供一种锂电池，其包括一阴极、一阳极、夹在阴极和阳极之间的隔板和所述电解质组合物。本发明可应用于任何类型的锂电池。

通常地，可将阴极组合物即阴极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂的混合物直接地涂覆在铝集电器上，或者以膜的形式层压在铝集电器上以形成阴极膜。