[发明专利]用于锂二次电池的非水性电解液和包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及用于锂二次电池的非水性电解液和包含所述非水性电解液的锂二次电池，特别是涉及下述的用于锂二次电池的非水性电解液以及包含所述非水性电解液的锂二次电池，其中，所述非水性电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂是混合添加剂，所述混合添加剂包含重量比为1:2:0.05:0.5至1:8:0.3:2的二氟磷酸锂、氟苯、四乙烯基硅烷和含有一个磺酸基团或硫酸基团的化合物。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2017-0150920和2018年11月12日提交的韩国专利申请No.2018-0138408的权益，其公开内容以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于锂二次电池的非水性电解液和包含所述非水性电解液的锂二次电池。

背景技术

近年来，人们对储能技术的兴趣与日俱增，并且随着储能技术的应用扩展到手机、摄像机、笔记本电脑乃至电动汽车的能源，对电化学装置的研究和开发努力也逐步付诸实践。

在这些电化学装置中，人们对可充电的二次电池的开发产生兴趣，特别是，在20世纪90年代早期开发的锂二次电池受到了关注，这是因为锂二次电池具有更高的操作电压和明显更高的能量密度等优势。

目前使用的锂二次电池由能够嵌入和脱嵌锂离子的碳基负极、由含有锂的过渡金属氧化物形成的正极和非水性电解液(其中适量的锂盐溶解在碳酸酯基有机溶剂中)构成。

当重复锂离子嵌入负极(例如，碳颗粒)并在放电过程中脱嵌这一现象时，由于通过充电由正极放出的锂离子转移能量，因此锂二次电池能够进行充放电。

此外，对于锂二次电池，在初始充电的过程中部分电解液添加剂成分和有机溶剂在0.5V至3.5V的电压范围内分解，且在正极产生的锂离子则移动到负极时锂离子与负极表面的电解液反应形成如Li₂CO₃、Li₂O和LiOH等化合物时，在负极的表面形成层。这些化合物可在负极表面形成某种钝化层，该层表示为“固体电解质界面(SEI)层”。

初始充电阶段形成的SEI层可以在充放电过程中防止锂离子与碳基负极或其他材料的反应。此外，用作离子通道的SEI层只能使锂离子通过。离子通道可防止由于碳基负极与电解液中高分子量的有机溶剂(其使锂离子溶剂化并使其随之移动)的共插层而导致的碳基负极结构的破坏。因此，为改进锂二次电池的高温循环特性和低温输出，必须在锂二次电池的负极上形成坚固的SEI层。

在锂二次电池的非水性电解液中使用的有机溶剂通常在高温下长时间储存的情况中，当有机溶剂由于与正极释放的过渡金属氧化物的副反应而氧化时，会生成气体，并由于由此产生的气体所致发生电池膨胀和电极组件变形。

特别是，由于SEI层在完全充电状态下高温储存(例如，在4.2V下充电至100％后在60℃储存)期间逐渐坍塌时，负极暴露出，并且由此暴露处的负极与电解液反应以连续引发副反应，生成诸如CO、CO₂、CH₄和C₂H₆等气体。结果，电池的内部压力增加而引起如电池膨胀等变形。此外，如果电池变形引起电池内部短路，则电池劣化的同时可能发生电池的着火或爆炸。

近来，为解决该限制，已经提出了在非水性电解液中添加能够形成SEI层的添加剂的方法。然而，可能会出现另一个限制，即，由于电解液添加剂引起的其他副作用，二次电池的总体性能会而降低。

因此，持续需要开发具有新配置的非水性电解液，其可将副作用降至最低的同时提高锂二次电池的高温和过充稳定性。

现有技术文献

日本专利申请未决公开2017-117684

发明内容