[发明专利]包含电接枝单体的有机电解质溶液及采用它的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池，更具体地，本发明涉及采用能够电接枝(electrograft)的单体化合物的有机电解质溶液，以及采用该有机电解质溶液因而具有更好充/放电特性的锂电池。

背景技术

随着便携式电子设备如摄像机、便携式电话、笔记本PC朝着轻便和高性能方向发展，正在对作为驱动电源的电池进行更多的研究。具体地，正在积极地研究可充电(二次)锂电池，因为它们的能量密度(每单位重量)比常规的铅蓄电池、镍-镉电池、镍氢电池、镍锌电池等高三倍，并且可以快速充电。

常规锂电池以高电压工作，因而，不能使用常规的含水电解质溶液，因为含水电解质溶液与用于阳极的锂剧烈反应。在这方面，锂电池中使用通过将锂盐溶解于有机溶剂而得到的有机电解质溶液。此时，优选使用具有高离子导电性、高介电常数和低粘度的有机溶剂。然而，难于获得满足所有这些要求的单个有机溶剂，因而提议使用高介电常数有机溶剂与低粘度有机溶剂的混合溶剂。

当使用碳酸酯-基非水极性溶剂于锂二次电池时，因为第一次充电过程中阳极与电解质溶液之间的反应而使用过量装填。这种不可逆反应于阳极表面形成钝化层，如固体电解质界面(SEI)薄膜。该SEI薄膜的作用是阻止电解质溶液的进一步分解并保持稳定的充/放电[J.Power Sources，51(1994)，79-104]。该SEI薄膜还充当仅有锂离子经过的离子通道。也就是说，SEI薄膜阻止锂离子与溶剂化该锂离子并与该锂离子一起进入碳阳极的有机溶剂的共同嵌入，进而阻止阳极结构的退化。

然而，由于电池反复充/放电时活性物质的体积膨胀和收缩，SEI薄膜逐渐出现裂缝并从电极表面剥落。结果，电解质直接接触活性物质，进而发生电解质的连续分解。一旦SEI薄膜出现裂缝，该裂缝在电池充/放电期间持续延伸，从而导致活性物质退化。特别地，当活性物质包含金属如硅时，活性物质的退化会因为基于充/放电循环的大的体积变化而变得更加糟糕。而且，活性物质的反复的体积收缩和膨胀还导致硅颗粒的聚集。

有鉴于上述问题，仍然需要开发能够阻止金属活性物质与电解质直接接触，同时阻止锂离子传导特性降低，进而提高电池的充/放电特性的技术。

发明内容

本发明提供一种有机电解质溶液，其采用可以电接枝的单体化合物，因而阻止金属活性物质与电解质直接接触，同时阻止锂离子传导特性的降低。

本发明还提供采用该有机电解质溶液因而具有更好充/放电特性的锂电池。

根据本发明的一个方面，提供一种有机电解质溶液，其包含：

锂盐；

有机溶剂，其包括高介电常数溶剂和低沸点溶剂；及

下面式1所示的单体化合物：

<式1>

式中

n为1～20的实数；

m为0～10的整数；

q为1～10的整数；

X₁，X₂，X₃，及X₄各自独立地为O，CH₂，或者NH；

R₁和R₂各自独立地为氢，卤素，被卤素取代或未取代的C_1-20烷氧基，被卤素取代或未取代的C_1-20烷基，被卤素取代或未取代的C_6-30芳基，或者被卤素取代或未取代的C_2-30杂芳基；及

A₁为至少一种选自下列的极性重复单元：氧化烯基，羰基，及

其中R₃为氢或者被卤素取代或未取代的C_1-20烷基。

根据本发明的实施方案，在该有机电解质溶液中，上述式1的单体化合物可以为选自下面式2和式3所示化合物中的至少一种：

<式2>

<式3>

式中

R₁，R₂，X₁，X₂，X₃，X₄，及n的定义同上。

根据本发明的另一实施方案，在该有机电解质溶液中，上述式1的单体化合物可以为选自下面式4和式5所示化合物中的至少一种：

<式4>

<式5>