[发明专利]含有用于改进高温特性的添加剂的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及含有用于改进高温特性的添加剂的二次电池，更具体地，涉及具有优异高温性能和寿命的锂二次电池，所述锂二次电池包括基于离子盐的电解液(electrolyte)以及特殊添加剂。

背景技术

随着移动装置的技术开发和对移动装置需求的增加，对作为移动装置能源的电池的需求也快速增加。在这种情况下，已经对满足各种消费者需要的新型电池进行了大量研究和调查。特别是，具有优异的能量密度、放电电压、输出稳定性等的锂二次电池如锂离子电池、锂离子聚合物电池等，需求很大。

通常，锂二次电池包括基于金属氧化物如LiCoO₂的阴极活性材料、基于碳材料的阳极活性材料、介于阴极和阳极之间的多孔聚合物膜、以及其中提供含锂盐如LiPF₆的非水电解液。在充电期间，阴极活性材料中包含的锂离子释放出来并进入阳极的碳层中，而在放电期间锂离子从碳层中释放出来并进入阴极活性材料中。所述非水电解液是一种介质，锂离子通过该介质在阳极和阴极之间移动。这样的锂二次电池在电池工作电压范围内必须稳定且具有高的离子传递速率。

如果所述非水电解液仅包括具有足以解离锂离子的高极性的环状碳酸酯，则可能增加电解液的粘度，导致其离子传导率降低。

美国专利5,521,027和5,525,443描述了一种电解液混合物，为了降低电解液的粘度，所述电解液混合物包括具有降低的粘度和极性的线型碳酸酯、以及环状碳酸酯。这种线型碳酸酯的代表性实例包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等，在这些化合物中，优选将具有最低凝固点-55℃的EMC用于展示优异的低温性能和寿命。所述环状碳酸酯的代表性实例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等。在这些化合物中，尽管优选将具有相对低凝固点-49℃的PC用于展示有利的低温性能，但这种化合物在将高容量的石墨化碳用作阳极时会与电池的阳极剧烈反应。因此，代替难以大量使用的PC，通常使用能够在阳极处形成稳定保护膜的EC。然而，由于EC对阴极并不是完全无活性的(或者也可能对阴极具有轻微活性)，所以在电池充电/放电期间在阳极和阴极处发生的电解液分解可能是劣化电池寿命的原因，且EC在高温下的活性增加，因此是不理想的。

因此，为了解决上述问题并提高电池在室温和高温下的寿命，日本特开申请2000-123867公开了一种通过向电解液中添加酯化合物而制造的电池，所述酯化合物具有环状分子结构且在环中具有C＝C不饱和键(例如碳酸亚乙烯酯)。据认为，作为添加剂的这类酯化合物在阳极或阴极处发生分解并在电极表面上形成膜，从而抑制电解液的分解。然而，上述添加剂不能完全阻止电解液的分解。

此外，日本特开申请2002-25611公开了一种通过向电解液中添加亚硫酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯而制造的电池，同时日本特开申请2002-270230提出了通过向电解液中添加多种亚硫酸乙烯酯化合物中的至少一种而制造的另一种电池。然而发现，这些现有技术中所述的添加剂都未能展示期望的效果。

因此，考虑到高温下的性能，仍迫切需要开发用于二次电池中的有效添加剂。

发明内容

因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

本发明人已经进行了广泛的探索和研究，并发现，通过向电池电解液中添加聚烷撑二醇二环氧甘油醚能够制造高温性能和寿命特性明显改进的新型锂二次电池。由此完成了本发明。

基于该发现，本发明的目的是提供一种包括基于离子盐的电解液的二次电池，其中添加占电解液总重量0.1～10重量％(“wt.％”)的由下式(I)所示的物质，从而提高电池的高温特性：

其中n为0～10的整数。

根据本发明，当在高温下储存或使用电池时，可以减小在电池的电极和电解液之间的分解反应，因此显著减少了由此所产生的气体，从而可明显降低电池在温度升高下的循环劣化和/或因高温储存而引起的容量下降，另外，可抑制电池的厚度膨胀。此外，含有按如上所述制备的电解液的电池不会遭受性能劣化，因此展现出安全性提高。

在电解液中含有本发明式I的物质作为添加剂，并且如上所述，所述物质的含量按电解液的总重量计可以为0.1～10wt％，优选1～7wt％。这种物质足以与作为交联剂而添加至凝胶聚合物电解液中的其他物质区别开。

如果添加剂的量太少，则添加剂的效率可能低下。相反，如果所述量太大，则电解液的粘度可能增加，且使用所述电解液制造的电池可能表现出高电阻，导致电池性能发生不期望的劣化。