非水電解質(zhì)及包含該非水電解質(zhì)的二次電池的制作方法
【專利摘要】公開的是一種包含一種電解質(zhì)和/或一種電極的二次電池，所述電解質(zhì)包括一種電解質(zhì)鹽和一種電解質(zhì)溶劑，i)一種用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和ii)一種在其分子中含乙烯基團的化合物，且所述電極包括通過所述兩種化合物的電還原而在其表面部分或全部形成的固體電解質(zhì)界面(SEI)層。
【專利說明】非水電解質(zhì)及包含該非水電解質(zhì)的二次電池
[0001] 本申請是2008年6月10日提交的名稱為"非水電解質(zhì)及包含該非水電解質(zhì)的二 次電池"的發(fā)明專利申請200880019429. 8的分案申請。
【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及非水電解質(zhì)及包含該非水電解質(zhì)的二次電池。更具體地，本發(fā)明涉及 可同時改進電池的多種特性，如壽命特性、高溫性能等的非水電解質(zhì)，和包含該非水電解質(zhì) 的二次電池。
【背景技術】
[0003] 近來，人們對儲能技術的關注不斷增加。電化學設備已作為能量來源廣泛用于移 動電話、可攜式攝像機、筆記本電腦、PC以及電動車，引起了密集的研發(fā)。在這方面電化學 設備引起人們極大的興趣。特別地，人們的興趣已聚焦在可充電二次電池的發(fā)展上。
[0004] 在目前使用的二次電池中，在20世紀90年代初開發(fā)出的鋰二次電池通常具有約 3. 6V至約3. 7V的平均放電電壓，比常規(guī)電池（如Ni-MH電池、Ni-Cd電池等）驅(qū)動電壓和 能量密度更高，因此它們在二次電池領域更為突出。
[0005] 然而，隨著鋰二次電池應用領域逐漸擴展，需要從高速容量、循環(huán)能力、穩(wěn)定性等 方面改善電池特性。例如，高速容量是指在高電流下高速充電/放電能力指標，并被認為是 需要大功率的領域，如電動工具、HEV (混合電動車）等領域中的一個重要因素。然而，一個 問題是使用非水電解質(zhì)的鋰二次電池比使用含水電解質(zhì)的常規(guī)電池（如Ni-MH電池、Ni-Cd 電池等）的鋰離子傳導率低。
[0006] 同樣，用于二次電池的非水電解質(zhì)通常包括一種電解質(zhì)溶劑和一種電解質(zhì)鹽。此 時電解質(zhì)溶劑在電池充電/放電期間可能會在電極表面上分解，或者可能通過在碳質(zhì)材料 陽極層間共同嵌入而損壞陽極結構，從而阻礙電池的穩(wěn)定性。已知該問題可在電池初始充 電期間通過電解質(zhì)溶劑的還原而在陽極表面上形成的固體電解質(zhì)界面（下文稱作SEI)層 解決，但通常SEI層不足以持續(xù)保護陽極。因此，上述問題會在電池充電/放電期間持續(xù)發(fā) 生，由此引起電池壽命特性降低的問題。尤其是當在高溫下驅(qū)動或放置電池時，由于其熱不 穩(wěn)定性，SEI層會由于隨時間不斷增加的電化學和熱能而損壞。因此，在高溫時，一個問題 是電池特性更加顯著地降低，特別是，SEI層的損壞會不斷產(chǎn)生氣體（如C0 2)、電解質(zhì)分解 等，從而增加電池的內(nèi)部壓力和厚度。
[0007] 為解決上述問題，EU 683537和JP 1996-45545公開了使用碳酸亞乙烯酯（下文 稱作VC)作電解質(zhì)添加劑以在陽極表面上形成SEI層的方法。然而，由VC形成的SEI層不 能改善電池的高速容量和高溫性能，因為SEI層具有稍高的電阻，且在高溫下會損壞。
[0008] 如上所述，在現(xiàn)有技術中，當將某些化合物加入電解質(zhì)以改善電池特性時，只有某 些特性可得到改善而其他特性會降低或維持不變。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 因此，做出本發(fā)明是基于上述問題。本發(fā)明的一個目標是提供一種既包括一種鹵 代環(huán)狀碳酸酯化合物又包括一種在其分子中包含乙烯基團的化合物的電解質(zhì)，以最優(yōu)化在 陽極表面上形成的SEI層的性質(zhì)，如穩(wěn)定性和鋰離子傳導性，同時改善多種電池特性，如壽 命特性、高溫性能。
[0010] 依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電解質(zhì)和包括該電解質(zhì)的二次電池，所述電 解質(zhì)包括一種電解質(zhì)鹽和一種電解質(zhì)溶劑，和i) 一種用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯 化合物；和ii) 一種在其分子中包含由式1表示的乙烯基團的化合物。
[0011] 依照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電解質(zhì)和包括該電解質(zhì)的二次電池，電極 包括在其表面部分或全部形成的固體電解質(zhì)界面（SEI)層，所述SEI層包含一種用至少一 種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物和一種含由式1表示的乙烯基團的化合物，或由其化學反 應形成的物質(zhì)。
[0012] [式 1]
[0013]
【權利要求】
1. 一種包含一種電解質(zhì)鹽和一種電解質(zhì)溶劑的電解質(zhì),所述電解質(zhì)還包含： i) 一種用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和 ii) 一種在其分子中含由式1表示的乙烯基團的化合物， [式1]
其中η代表O至6 ;&、R2和R3中的每個獨立地代表氫原子、C1?C6烷基， 其中所述含乙烯基團化合物是基于磺酸酯的化合物，并且所述乙烯基團位于分子內(nèi)端 部， 其中所述基于磺酸酯的含乙烯基團化合物由式2表示： [式2]
其中，R4和R5中的至少一個包含乙烯基團，另一個表示氫原子、鹵素原子、用鹵素原子 取代的C1?C6烷基、用鹵素原子取代的C6?C12芳基、或用鹵素原子取代的C 2?C6烯基。
2. 權利要求1的電解質(zhì)，其中所述用鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物選自3-氟碳酸亞乙 酯、3-氯碳酸亞乙酯、4-氟甲基碳酸亞乙酯、三氟甲基碳酸亞乙酯、順-3,4-二氟碳酸亞乙 酯和反-3,4-二氟碳酸亞乙酯。
3. 權利要求1的電解質(zhì)，其中所述基于磺酸酯的含乙烯基團化合物選自甲磺酸丙烯 酯、苯磺酸乙烯酯、丙烯磺酸丙烯酯、氰基乙磺酸丙烯酯和丙-2-烯-1-磺酸烯丙酯。
4. 權利要求1的電解質(zhì)，其中i)用鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物；和ii)含乙烯基團 的化合物的含量比例以重量比計為1 :〇. 1?10。
5. 權利要求1的電解質(zhì)，其中以100重量份的電解質(zhì)為基準，用鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯 化合物和含乙烯基團化合物中的每種的含量為〇. 05至10重量份，且以100重量份的電解 質(zhì)為基準，所述兩種化合物的總含量為〇. 1至20重量份。
6. -種包含在其表面部分或全部形成的固體電解質(zhì)界面（SEI)層的電極，所述SEI層 包含一種用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物和一種含由式1表示的乙烯基團的化 合物，或由所述環(huán)狀碳酸酯化合物和所述含乙烯基團化合物的化學反應形成的物質(zhì)： 其中所述含乙烯基團化合物是基于磺酸酯的化合物，并且所述乙烯基團位于分子內(nèi)端 部； [式1]
其中η代表O至6成、R2和R3中的每個獨立地代表氫原子、C1?C 6烷基，并且 其中所述基于磺酸酯的含乙烯基團化合物由式2表示： [式2]
其中，R4和R5中的至少一個包含乙烯基團，另一個表示氫原子、鹵素原子、用鹵素原子 取代的C1?C6烷基、用鹵素原子取代的C6?C12芳基、或用鹵素原子取代的C 2?C6烯基。
7. 權利要求6的電極，其為： (a) -種通過將用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物和在分子內(nèi)端部含乙烯基團 的化合物涂覆在電極活性材料或預先形成的電極表面制備的電極； (b) -種通過使用用至少一種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物和在分子內(nèi)端部含乙烯基 團的化合物作電極材料制備的電極；或 (c) 一種包含在其表面形成的SEI層的電極，所述SEI層通過將電極浸入包含用至少一 種鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物和在分子內(nèi)端部含乙烯基團的化合物的溶液，接著充電和 放電形成，其包含所述化合物或由環(huán)狀碳酸酯化合物和含乙烯基團化合物的還原反應形成 的產(chǎn)物。
8. 權利要求6的電極，其中所述用鹵素取代的環(huán)狀碳酸酯化合物選自3-氟碳酸亞乙 酯、3-氯碳酸亞乙酯、4-氟甲基碳酸亞乙酯、三氟甲基碳酸亞乙酯、順-3,4-二氟碳酸亞乙 酯和反-3,4-二氟碳酸亞乙酯。
9. 權利要求6的電極，其為陽極。
10. -種二次電池，其包含陰極、陽極和電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)包含權利要求1至5中 任一項的電解質(zhì)，和/或所述陽極和所述陰極包含權利要求6至9中任一項的電極。
【文檔編號】H01M10/0567GK104393242SQ201410696862
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2008年6月10日 優(yōu)先權日:2007年6月11日
【發(fā)明者】李鎬春, 曹正柱, 尹琇珍 申請人:株式會社Lg化學