[发明专利]用于电解质的内酰胺基添加剂及含有其的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用作电解质添加剂的内酰胺基化合物，其能在二次电池阳极上被还原形成固态电解质界面薄膜。更具体而言，本发明涉及一种电解质添加剂，该电解质添加剂由这样一种内酰胺基化合物构成，即其氮原子位置以吸电子基团(EWG)取代，而且具有增强的还原电位。

背景技术

近来，由于便携式电子装置如可携式计算机、移动电话以及可携式摄像录像机等持续向小尺寸与轻量型方向发展，因此作为电子装置的驱动能源的锂二次电池亦需要具有体积小、重量轻的特性。

锂二次电池包括阴极、阳极以及电解质。充电时，锂离子自阴极活性材料脱出。接着，锂离子嵌入阳极活性材料例如碳颗粒中，并在放电时自阳极活性材料中脱出。锂离子在阴极与阳极之间以这种方式往复运动，同时传递能量，从而使电池进行充电/放电。然而，锂二次电池的品质会因重复的充放电循环过程中阳极的劣化而下降。而且，电池暴露在高温情况下时，会由于电池中产生气体，造成其稳定性变差。

为解决上述问题，EU683537以及JP1996-45545提出一种通过利用碳酸亚乙烯酯(以下也称作VC)在阳极上形成SEI薄膜来减少阳极劣化的方法。然而，由VC形成的SEI薄膜显示出相对较高的电阻，且暴露于高温下时容易分解产生气体如二氧化碳，导致电池的稳定性变差。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于，考察引入内酰胺基化合物的氮原子位置的取代基的供电子性与内酰胺基化合物的还原/氧化电位之间的相互关系。

本发明的另一目的在于，考察二次电池因引入内酰胺基电解质添加剂的氮原子位置的取代基的供电子性而表现出的不同特性，从而提供能改善二次电池寿命、稳定性以及高温特性的电解质。

技术方案

本发明提供一种二次电池的电解质，其包含一种电解质盐以及一种电解质溶剂，该电解质还包含一种在其氮原子位置被一种吸电子基团取代的内酰胺基化合物。本发明亦提供一种包含该电解质的二次电池。

此外，本发明提供一种在其表面部分地或全部地形成有固态电解质界面薄膜的电极，该固态电解质界面薄膜包含一种在其氮原子位置被一种吸电子基团取代的内酰胺基化合物的还原形态。本发明亦提供一种包含该电极的二次电池。

再者，本发明提供一种电解质的添加剂，其由一种可在二次电池的阳极被还原形成一种固态电解质界面薄膜的内酰胺基化合物构成，该内酰胺基化合物在其氮原子位置被一种吸电子基团取代，且具有增加的还原电位。

除了上述之外，本发明提供一种通过改变引入内酰胺基化合物的氮原子位置的取代基的供电子性而控制该内酰胺基化合物的还原电位或氧化电位的方法。

附图说明

图示结合下述详细说明，本发明前述及其它目的、特征及优点将更为明确，其中：

图1是实施例1、实施例2与比较例1-4的二次电池的DSC(差示扫描量热仪)分析结果的示意图，这些电池所包含的电解质中各含有一种内酰胺基添加剂，且这些添加剂带有引入其氮原子位置的具有不同供电子性的取代基。

具体实施方式

接下来，将更详细地解释本发明。

在锂二次电池中，初始充电循环期间阳极活化材料会与电解质溶剂在阳极表面上反应，形成固态电解质界面(以下也称作SEI)薄膜。上述所形成的SEI薄膜能用来防止电解质在阳极表面分解，且能用来阻止电解质溶剂共嵌入阳极活性材料，从而防止阳极结构的坍塌。然而，由常规电解质溶剂(如碳酸酯基有机溶剂)形成的SEI薄膜，其强度差、多孔而且粗糙，因而容易由于在重复的充电/放电循环过程中升高的电化学能与热能而分解。因此，副反应可能会在由于SEI薄膜分解而暴露出的阳极表面和其周围的电解质间持续不断地发生。故，电池中的锂离子会在重复的充电/放电循环过程中不断地消耗掉，而导致电池的容量特性与循环寿命特性降低。此外，由于SEI薄膜在高温下会加速分解，因此电池表现出差的高温特性。

同时，已知内酰胺基化合物用作电解质添加剂时，在室温时能提高电池的品质。然而，由于内酰胺基化合物通常具有低氧化电位，因此其在重复的充电/放电循环期间，很容易由于在电池阴极处的氧化而分解。此外，像内酰胺基化合物的这种氧化分解是不可逆的，而且在高温下更为剧烈，以至于在利用内酰胺基化合物作为电解质添加剂时，会造成电池的稳定性以及高温特性变差的问题。为了解决此问题，进行了多种尝试，如利用甲基或乙烯基基团取代内酰胺基化合物，或者改变内酰胺环的碳原子数。尽管作出了这些尝试，仍然无法解决电池的稳定性以及高温特性变差的相关问题。