[发明专利]电解质和包含所述电解质的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用电解质以及包含所述锂二次电池用电解质的锂二次电池，并且更具体地，本发明涉及如下的锂二次电池用电解质：即使含有少量包含与锂金属形成键的官能团和与锂离子相互作用的聚亚乙氧基链的添加剂，所述锂二次电池用电解质也可以在锂金属负极的表面上均匀地维持锂离子浓度以抑制锂枝晶的生长。

技术领域

本申请要求基于于2018年5月14日提交的韩国专利申请第10-2018-0054612号和于2019年5月9日提交的韩国专利申请第10-2019-0054060号的优先权的权益，并且这些韩国专利申请的参考文献中公开的全部内容在此作为本说明书的一部分并入本文中。

本发明涉及一种电解质以及包含所述电解质的锂二次电池，所述电解质能够在包含锂金属作为负极的锂二次电池中抑制锂枝晶的生长并且改善电池的性能。

背景技术

随着电气、电子、通信和计算机行业的快速发展，近年来对具有高性能和高稳定性的二次电池的需求在快速地增加。特别地，依照电池和电子产品的轻量化、薄型化、小型化和便携性的趋势，作为核心部件的二次电池也被要求是重量轻且尺寸小的。此外，因为由于环境污染问题和石油枯竭而已出现对新型能源的需要，所以对开发能够解决这些问题的电动车辆的需要日益增加。在各种二次电池当中，重量轻、显示高能量密度和工作电位并具有长循环寿命的锂二次电池近来备受关注。

锂二次电池具有层压或卷绕包含正极、负极以及置于正极与负极之间的隔膜的电极组件的结构，并且是通过将电极组件嵌入在电池壳中并向其中注入非水电解液而构成的。此时，锂二次电池的容量根据电极活性材料的种类而不同，并且因为无法在实际驱动时确保与理论容量一样多的足够容量，所以尚未进行商业化。

为了获得锂二次电池的高容量，通过与锂的合金化反应而显示高存储容量特性的诸如硅(4200mAh/g)和锡(990mAh/g)这样的金属材料用作负极活性材料。然而，如果使用诸如硅或锡这样的金属作为负极活性材料，则在与锂合金化的充电过程期间体积膨胀大约4倍之多，并且在放电期间收缩。由于电极的在这样的充电和放电期间反复地发生的大体积变化，活性材料逐渐地微粉化而从电极脱落，由此容量急剧地降低，这使得难以确保稳定性和可靠性，因此尚未实现商业化。

由于与上面提及的负极活性材料相比较，锂金属具有3860mAh/g的优异的理论容量以及-3.045V的非常低的标准还原电位(相对于标准氢电极；SHE)，从而使得能够实现高容量和高能量密度电池，所以正在对使用锂金属作为锂二次电池的负极活性材料的锂金属电池(LMB)进行大量的研究。

然而，由于锂金属的高化学/电化学反应性，锂金属电池容易与电解质、杂质、锂盐等反应而在电极的表面上形成钝化层(固体电解质界面层；SEI)，并且这样的钝化层导致局部化电流密度差异而在锂金属的表面上形成树枝状的枝晶。锂枝晶不仅缩短锂二次电池的寿命，而且还引发电池的内部故障和惰性锂(死锂)，从而加重锂二次电池的物理和化学不稳定性，降低电池的容量，缩短循环寿命，并且不利地影响电池的稳定性。除此之外，由于钝化层是热不稳定的，所以当电池被持续地充电/放电或者特别是在满充电状态下存储在高温下时，钝化层可能由于增加的电化学能和热能而逐渐地塌陷。由于钝化层的塌陷而露出的锂金属表面直接地与电解溶剂反应而分解的副反应持续地发生，从而增加负极的电阻并且降低电池的充电/放电效率。此外，存在这样的问题：在钝化层的形成时消耗电解溶剂，并且电池的寿命由于在诸如钝化层的形成和塌陷以及电解质的分解的各种副反应期间产生的副产物和气体而降低。

由于如上所述的锂金属的高不稳定性，使用锂金属作为负极的锂金属电池尚未商业化。

为了解决这些问题，已经研究了各种方法，诸如在锂金属的表面上引入保护层或者改变电解质的组成。