[发明专利]非水性电解质以及使用该电解质的锂二次电池有效

专利信息
申请号: 200780002861.1 申请日: 2007-01-23
公开(公告)号: CN101371397A 公开(公告)日: 2009-02-18
发明(设计)人: 曹正柱;申先植;李香穆;姜景元;康银珠;张民哲;河秀玹 申请(专利权)人: 株式会社LG化学
主分类号: H01M10/40 分类号: H01M10/40
代理公司: 北京北翔知识产权代理有限公司 代理人: 钟守期;唐铁军
地址: 韩国*** 国省代码: 韩国;KR
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摘要:
搜索关键词: 水性 电解质 以及 使用 二次 电池
【说明书】:

技术领域

发明涉及非水性电解质添加剂、含有该非水性电解质添加剂的一种非水性电解质以及含有该非水性电解质的一种锂二次电池。更具体而言,本发明涉及一种包含氟代联苯和氟代甲苯作为非水性电解质添加剂的非水性电解质,所述非水性电解质可改善电池在过充时的稳定性而不损害该电池的性能,并涉及含有这样一种非水性电解质的锂二次电池。 

背景技术

近来,已将包含一种有机溶剂、一种锂盐和——如果需要——其他添加剂的非水性电解质用作锂离子二次电池的电解质。 

所述有机溶剂通常可由环状碳酸酯和直链碳酸酯共同组成。环状碳酸酯的实例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和γ-丁内酯(GBL),直链碳酸酯的实例包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲基乙基酯(EMC)。 

使用锂盐向电解质提供锂离子,选择性地使用其他添加剂以改善电解质和电池的性能。 

在非水性电解质锂二次电池中,过充状态下的电池的安全性通常是最大的问题。在该安全问题的原因中,最重要的一个是阴极的结构退化导致的放热反应。该放热反应的发生基于以下原理。 

由例如能够吸收和释放锂和/或锂离子的含锂金属氧化物组成的阴极材料在电池过充时,由于锂离子的脱嵌(deintercalation)而变成一种热力学不稳定结构。当过充状态下电池的温度由于外部物理影响例如暴露于高温中而达到临界温度时,将从具有不稳定结构的阴极材料中释放出氧气。所释放的氧气会导致与例如电解质溶剂的放热分解反应,并且由该反应导致的电解质的放热分解会被阴极释放出的氧气加速。由于这种连续的放热分解反应,电池将会热失控,导致燃烧和爆炸。 

在对上述由电池的升温引起的燃烧或爆炸进行控制的尝试中,提出了多种方案,其中一个实例是使用添加剂(非水性电解质添加剂)的方法。作为非水性电解质添加剂,已知利用氧化还原往返机制(redox shuttle mechanism)的添加剂,例如氯代茴香醚,以及利用聚合机制的添加剂,例如烷基苯衍生物例如环己基苯,以及联苯。 

具体而言,作为用于改善电池在过充状态下安全性的添加剂,有时使用进行氧化-还原循环的物质,例如氯代茴香醚,但该物质具有一个问题,即当电池的充电电流较大时其不起作用。还有另一种方法是将导电聚合物的单体例如联苯添加到电解质中,所述单体可通过由其在电池过充时发生的聚合反应形成的阻断层来阻断电流。然而,当使用导电聚合物的单体例如联苯时,存在的问题是电阻的增加使得电池的性能变差,并且要使用大量的单体以保证足够的安全性。 

发明内容

技术问题 

本发明人进行了研究以解决现有技术中存在的上述问题,并开发能在电池过充时在电解质中形成一个更安全的阻断层的材料。 

技术方案 

由此,本发明人发现当同时使用被氟取代的联苯和甲苯、即氟代联苯和氟代甲苯时,它们能够在电池过充时安全地保护电池,从而完成了本发明。 

因此,本发明的一个目的是提供能在电池过充时提高电池安全性的非水性电解质添加剂,以及含有所述添加剂的非水性电解质。 

本发明的另一个目的是提供含有所述非水性电解质的一种锂二次电池。 

为了达到上述目的,在一个实施方案中,本发明提供一种用于锂二次电池的非水性电解质,所述非水性电解质含有一种锂盐和一种有机溶剂,所述非水性电解质包含作为添加剂的氟代联苯和氟代甲苯。 

在另一个实施方案中,本发明提供一种用于锂二次电池的非水性电解质,所述非水性电解质含有一种锂盐和一种有机溶剂,其中所述非水性电解质含有一种在电池过充时通过氧化形成一个钝化层的添加剂和一种在电池过充时进行放热反应的添加剂。根据本发明的一个实施方案,可使用氟代联苯作为所述在电池过充时通过氧化形成一个钝化层的添加剂;并使用氟代甲苯作为所述在电池过充时进行放热反应的添加剂。 

在又一实施方案中,本发明提供一种非水性电解质,该电解质含有:一种锂盐;一种有机溶剂;一种在高于4.2V的电压下通过氧化沉积出氧化产物或形成钝化层的第一添加剂;以及一种在高于4.2V的电压下能够通过放热反应阻断隔离物的第二添加剂。根据本发明的一个实施方案,可使用氟代联苯作为所述在高于4.2V的电压下通过氧化沉积出氧化产物或形成钝化层的第一添加剂;并可使用氟代甲苯作为所述在高于4.2V的电压下能够通过放热反应阻断隔离物的第二添加剂。 

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