[发明专利]非水性电解液及具有改良的安全性的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改良的安全性的非水性电解液，以及涉及包 括该非水性电解液的电化学装置。

背景技术

近年来，由于电子装置变成无线和便携式，因此具有高容量和高 能量密度的非水性电解液基二次电池，已实际被用作电子装置的驱动 电源。锂二次电池为非水性二次电池的典型实例，其包括有阴极、阳 极以及电解液，并且可充电与放电，因为在充电过程中由阴极活性物 质中出来的锂离子会嵌入阳极活性物质中，并在放电过程中脱嵌，使 得当进行能量传递时，锂离子会往返于两种电极之间。这种高容量锂 二次电池由于具有高能量密度，因此具有使用时间长的优点。然而， 锂二次电池的问题在于，当锂二次电池因为驱动时其内部生成热而长 时间暴露于高温时，由于该电解液氧化引起气体产生，将改变该电池 的稳定结构，该稳定结构包括阴极(锂过镀金属氧化物)、阳极(结晶或 非结晶碳)以及隔膜，从而导致该电池的性能恶化，或者在严重的情况 下，由于在严重情况下的内部短路会导致电池着火和爆炸。

为了解决上述问题，最近已有许多尝试去改良该电池的高温安全 性：(1)采用具有高熔点的多孔性聚烯烃基隔膜，其在内部/外部的热环 境中不易熔化，或(2)向包含锂盐和易燃有机溶剂的非水性电解液中添 加不燃性有机溶剂。

然而，该聚烯烃基隔膜的缺点在于，为了达到高熔点以及避免内 部短路，该聚烯烃基隔膜通常应当具有厚的膜厚度。该厚的膜厚度相 对减少了阴极和阳极的装载量，因而不可能实现电池的高容量，或者 在严重的情况下恶化电池的性能。此外，该聚烯烃基隔膜是由具有约 150℃的熔点的聚合物如PE或PP组成，因而，当电池长时间暴露于 150℃以上的高温时，隔膜会熔化，而造成电池内部短路，进而造成该 电池着火和爆炸。

同时，所包括的易燃性非水性电解液含有锂盐、环状碳酸酯和线 型碳酸酯的锂二次电池在高温下会有下述问题：(1)因为锂过渡金属氧 化物和碳酸酯溶剂之间的反应生成大量的热，会造成电池短路和着火； 以及(2)因为非水性电解液本身为易燃性，所以不能实现热稳定的电池。

近来，已经努力通过添加具有阻燃性的磷(P)基化合物来解决与电 解液的易燃性有关的问题，但是该化合物引起加速电池中包括Li腐蚀 的不可逆反应的问题，因而显著地降低了电池的性能和效率。

发明内容

本发明的发明人发现，当采用氟代碳酸亚乙酯(FEC)化合物作为电 解液溶剂，且采用脂族单腈或脂族二腈化合物作为电解液添加剂时， 这些化合物在避免电池因外部物理冲击(例如热冲击)引起的电池着火， 和/或避免电池在150℃以上的高温下发生内部短路而造成着火/爆炸的 方面，也就是在电池的安全性方面，显现出协同效应。本发明就是以 该发现为基础。

本发明提供了一种非水性电解液，其包含锂盐和溶剂，基于该电 解液的重量，该电解液包含10-40重量％的式1化合物或其分解产物， 及1-40重量％的脂族腈化合物；本发明也提供一种包括该非水性电解 液的电化学装置。

[式1]

其中，X和Y各自独立地为氢、氯或氟，只是X和Y不都为氢。

在另一个方面，本发明提供了一种电化学装置，包括：阴极，其 具有形成于阴极活性物质表面与脂族腈化合物之间的络合物；以及阳 极，其上形成有涂层，该涂层包含式1化合物的分解产物。

在又一个方面，本发明提供了一种电化学装置，包括：阴极，具 有形成于阴极活性物质的表面与脂族腈化合物之间的络合物；以及非 水性电解液，其包含式1化合物或其分解产物。

在再一个方面，本发明提供了一种电化学装置，包括：阳极，其 上形成有涂层，该涂层包含式1化合物的分解产物；以及非水性电解 液，其包含脂族腈化合物。

在本发明中，该脂族腈化合物可为脂族单腈化合物、脂族二腈化 合物或它们的混合物，其中该脂族单腈化合物可以由下式2表示：

[式2]

N≡C-R

其中，R为(CH₂)_n-CH₃(n为1-11的整数)；以及

该脂族二腈化合物可以由下式3表示

[式3]

N≡C-R-C≡N

其中，R为(CH₂)_n(n为2-12的整数)。