[发明专利]非水电解液和锂电池

说明书

本申请是申请日为2003年7月15日、申请号为03154625.0、发明名称为“非水电解液和锂电池”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种优选用于锂电池，例如锂原电池或锂二次电池的非水电解液。本发明还涉及显示出改善了电池性能的锂电池，特别是涉及具有高能量密度和低自放电比的锂原电池和显示出良好循环性能、高电容和良好耐贮藏性的锂二次电池。

背景技术

目前，非水二次电池一般用作驱动小型电子装置的电源。非水二次电池包括一个正电极、一个负电极和非水电解液。非水锂二次电池通常包括一个锂金属复合氧化物的正电极，所述的锂金属复合氧化物，例如是LiCoO₂、LiMn₂O₄或LiNiO₂，非水电解液例如是碳酸酯溶剂中的电解液，碳酸酯溶剂例如是碳酸1，2-亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲乙酯(MEC)，和一个碳质材料或锂金属的负电极。

另外公知的是锂原电池包括一个正电极，例如是二氧化锰的和一个负电极，例如是锂金属的，并显示出了高的能量密度。

非水二次电池优选具有良好的电池性能，例如大的放电能力和放电持久能力(即，良好的循环特性)。然而，在公知的非水二次电池中发现了一些问题。例如，在非水锂二次电池中采用了LiCoO₂、LiMn₂O₄或LiNiO₂的正电极，在放电阶段发生了非水电解液的一部分的氧化分解。该分解产品干扰了电化学反应，使得放电容量降低。据认为在正电极和电解液之间的界面上非水电解液的非水溶剂中产生了氧化分解。

而且，在非水锂二次电池中，特别是采用高结晶度碳质材料的负电极的，例如天然石墨或人工(或合成)石墨，在放电阶段中的负电极的表面上非水电解液的溶剂发生还原性分解。即使在采用一般用于电解液碳酸1，2-亚乙酯(EC)的情况下，经历了重复的充放电过程之后，负电极上的还原性分解还是发生。

JP-A-3-289062建议向非水溶剂中加入0.2至10vol.％的1、4-二甲氧基苯化合物，所述的非水溶剂含有一高电容率溶剂，例如碳酸1，2-亚乙酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC)和一低电容率溶剂，例如四氢呋喃(THF)，从而可以改善循环特性。

US5256504和US5474862建议向碳酸1，2-亚乙酯和碳酸二乙酯(DEC)的组合中添加丙酸乙酯，从而改善循环特性。

JP-A-9-161845建议锂二次电池使用高活性溶剂和低活性溶剂的组合，所述的高活性溶剂具有的给体数是14至20，而低活性溶剂具有的给体数是10或更少。该专利公开描述了一种负电极的应用，所述的负电极含有石墨晶体结构的碳质材料，所述的晶体结构具有的晶格表面(002)的晶格距离(d₀₀₂)是0.3365纳米或更多。该专利公开进一步描述道，高活性溶剂可以是环状碳酸酯、环状酯、直链酯、环状醚、直链醚或腈。该腈可以是二腈，例如戊二腈或己二腈。值得注意的是在实施例6中，用于制备电解液的非水溶剂中戊二腈的用量是19vol.％。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种非水电解液，其优选用于制备锂电池，使所述的锂电池改善了电池性能，例如良好的循环性能、高电容、良好的耐贮藏性和高的导电率。

本发明的另一个目的是提供一种改善了电池性能的锂一次或二次电池，具有例如良好的循环性能、高电容、良好的耐贮藏性和高的导电率。

本发明提供了一种非水电解液，其含有一种非水溶剂和一种电解质，其进一步含有腈化合物和含S＝O基团化合物。

本发明还提供了一种非水电解液，其含有一种非水溶剂和一种电解质，后者进一步含有0.001至10wt.％的二腈化合物。

本发明还提供了一种锂电池，其包括一正电极、一负电极，所述的负电极含有石墨晶体结构的碳质材料，所述的晶体结构具有的晶格表面(002)的晶格距离是0.34纳米或更少，和本发明的上述非水电解液的一种。

发明的具体实施方式

在用于制备本发明的非水电解液的非水溶剂中，含有一腈化合物或二腈化合物。一腈化合物优选具有1至12个碳原子的直链或支链烷基链，其具有一个或多个取代基或一芳香基，且可以是乙腈、丙腈、丁腈、戊腈、己腈、辛腈、十一腈、癸腈、环己氰、苄腈或苯乙腈。