[发明专利]用于非水电解质的添加剂及使用该添加剂的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解质和包含该电解质的二次电池。更具体而言，本发明涉及一种包含能够改善二次电池的容量保持特性和寿命特性的化合物的非水电解质，以及包含该电解质的二次电池。

背景技术

近来，随着电器已经被小型化和轻型化，已经要求用作电器的电源小型化和轻型化。作为紧凑的、轻型的和高容量的可再充电电池，锂二次电池已经商业化并且广泛地用于便携电子和通讯设备中，例如小型录像摄影机、移动式电话、笔记本电脑等。

锂二次电池包括阴极、阳极、分离器(separator)和包含电解质盐和电解质溶剂的非水电解质。

考虑到电池的操作和使用，要求非水电解质具有如下特性。首先，当锂离子在两个电极中嵌入/脱出时，非水电解质应用来在阴极和阳极之间转移锂离子。其次，该非水电解质应在阴极和阳极之间的势差下电化学稳定并且几乎不具有发生如电解质分解的副反应的可能性。

然而，一般用作电池的阳极和阴极的包含含碳材料的电极和由锂金属化合物形成的另外的电极，显示出大约3.5～4.3V的势差。在该势差下，例如基于碳酸酯的有机溶剂的常规电解质溶剂，在反复的充电/放电循环的过程中可以在电极的表面分解，因此导致电池内部的副反应。此外，例如碳酸异丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC)的有机溶剂可以一起插入到包含含碳材料的阳极的石墨层之间的间隙，导致阳极的结构坍塌。

同时，已广为人知的是，可以通过在电池的初充电时通过基于碳酸酯的有机溶剂的电还原反应在阳极的表面上形成固体电解质界面(SEI)层来解决上述问题。然而，电解质中的锂离子不可逆地参与SEI层的形成，导致电池容量的下降。特别地，该SEI层是电化学或热学上不稳定的，而因此在反复的充电/放电循环的过程中随着时间的推移而增加的电化学能和热能可以容易地损坏该SEI层。因此，在反复的充电/放电循环过程中由于不断再生SEI层，该电池可能显示出容量的降低，并且可能使其寿命特性劣化。

此外，由于SEI层的坍塌，可能在暴露的阳极的表面发生例如电解质分解的副反应，以及副反应中产生的气体导致电池的溶胀现象(swellingphenomenon)或者电池内部压力的升高。

为了解决上述的问题，有人已经建议向电解质中加入1，3-丙磺酸内酯(日本专利申请第1999-339850号)或者1，3-丙烯磺酸内酯(日本专利申请第2001-151863号)的方法。然而，即使应用这样的方法时，随着不断经历充电/放电循环，电池的容量逐渐降低。因此，上述的问题仍然没有解决。

发明内容

技术问题

因此，考虑到上述问题，已经完成本发明。本发明的目的是通过使用同时含有磺酸酯基和环状碳酸酯基的化合物作为电解质组分以在阳极的表面上形成更加稳定和致密的SEI层从而改善电池的容量保持特性和寿命特性。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种用于二次电池的电解质，该电解质包含电解质盐和电解质溶剂，并且进一步包含同时含有磺酸酯基和环状碳酸酯基的化合物。本发明也提供一种使用该电解质的二次电池。

此外，本发明提供了一种电极，其具有部分或全部形成在其电极表面上的固体电解质界面(SEI)层，该SEI层是通过使同时含有磺酸酯基和环状碳酸酯基的化合物电还原和聚合形成的。本发明也提供了使用该电极的二次电池。

另外，本发明提供一种由如下通式1表示的化合物和制备如下通式1所表示的化合物的方法，该方法包括使4-(羟基烷基)-1，3-二氧环戊-2-酮(4-(hydroxyalkyl)-1，3-dioxolan-2-one)与磺酰卤化物反应的步骤：

[通式1]

其中，R1和R2各自独立表示非必需地包含引入其中的C₁～C₆烷基或C₂～C₆链烯基的C₁～C₆亚烷基；R3选自由氢原子、C₁～C₂₀烷基、C₃～C₈环烷基、C₂～C₆链烯基、卤代烷基、苯基和苄基组成的组中。

在下文中，将更加详细地描述本发明。

本发明的特征在于使用同时含有磺酸酯基和环状碳酸酯基的化合物作为电解质的组分以在阳极的表面上形成更稳定和致密的固体电解质界面(SEI)层。这种SEI层的形成机理可以解释如下，但并不限于此。