[发明专利]锂二次电池的电解质和含有该电解质的锂二次电池

说明书

本文公开了一种锂二次电池的电解质和包括该电解质的锂二次电池。公开的锂二次电池包括：阴极；阳极；插在阴极和阳极之间的隔板；和电解质,其中电解质包括：锂盐；和包括全氟化醚类溶剂、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸甲乙酯(EMC)的溶剂。

技术领域

本发明的实施方式涉及锂二次电池的电解质和包括该电解质的锂二次电池。

背景技术

与铅电池或镍/镉电池相比，包括电活性材料的锂二次电池具有更高的驱动电压和更高的能量密度。因此，锂二次电池作为电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)的储能装置而受到关注。

电池的能量致密化可为增加电动车辆行驶距离的最重要问题。为此，需要增加可用阴极材料和阳极材料的容量，或者需要增加电池的驱动电压。例如，电解质的抗氧化安全性是增加电池的驱动电压的非常重要的因素。通常，碳酸盐、酯、醚或酮已经单独或组合用作非水有机溶剂。

包括此类非水有机溶剂的电解质在5V或更低的高压下被氧化和分解，在阴极界面上形成电阻层，致使电解质耗竭。因此，电池的寿命和输出特性可能劣化。

特别地，因为作为易燃有机材料的碳酸酯类(carbonate-based)有机溶剂在高电压环境中被分解，并且还通过与电极活性材料的副反应而生成气体，所以电池的安全性可能劣化。由于低闪点和高挥发性，碳酸酯类有机溶剂容易引起火焰反应，并在电极材料的燃烧反应中用作燃料。电极材料和电解质之间的燃烧反应迅速升高电池温度，从而致使热失控。为了抑制诸如燃烧反应，可以使用全氟类(perfluoro-based)溶剂赋予其阻燃性。同时，尽管全氟类溶剂具有优异的阻燃性，但是与相同盐的低混溶性以及由此引起的锂盐的沉淀可能使电池性能劣化。

因此，开发具有优异的耐电压性(voltage resistance)的电解质可以是增加锂二次电池的能量密度的关键因素。特别地，需要开发具有优异的输出/寿命特性并且可在高压、高温环境中使用的用于电动车辆或混合动力车辆的大中型锂二次电池。

发明内容

在优选方面，本发明可提供可在高温、高压环境中操作并且具有优异的输出特性的用于锂二次电池的电解质组合物，以及包括该电解质组合物的锂二次电池。

本发明的其他方面将在下面的描述中部分阐述，并且部分将从描述中显而易见，或者可通过本发明的实施而获知。

根据本发明的一个方面，锂二次电池可以包括：阴极；阳极；插在阴极和阳极之间的隔板(separator)；和电解质。特别地，电解质可以包括：锂盐；和包括由下式1表示的全氟化醚类(perfluorinated ether-based)溶剂、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸甲乙酯(EMC)的溶剂组分。

式1

R–O-R’

其中R和R’各自独立地为(CF_xH_y)_n，1≤n≤6，0≤x+y≤3，0≤x≤3，并且x、y和n各自独立地为自然数。全氟化醚类溶剂可以包括选自九氟丁基甲基醚、九氟丁基乙基醚、九氟丁基-2-氟乙基醚、九氟丁基-2,2,2-三氟乙基醚、九氟丁基五氟乙基醚、九氟丙基乙基醚、九氟丙基丙基醚和七氟丙基甲基醚中的一种或多种。

基于电解质组合物的总体积，全氟化醚类溶剂的含量可以是在例如约20-50体积％的范围内。

基于电解质组合物的总体积，FEC含量合适地可以为，例如约20体积％或更小。

基于电解质组合物的总体积，FEC含量和全氟化醚类溶剂的含量之和可以在约30-50体积％的范围内。

基于电解质组合物的总体积，EMC含量可以在约50-70体积％的范围内。

电解质中的溶剂组分还可包括碳酸乙烯酯(EC)。