[发明专利]锂二次电池用非水电解质溶液和含有该非水电解质溶液的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池用非水电解质溶液和一种含有该非水电解质溶液的锂二次电池。更具体而言，本发明涉及一种具有出色的循环性能和过充稳定性的非水电解液以及一种含有该非水电解液的锂二次电池。

背景技术

随着近来信息通信工业的迅速发展，电子设备变得更小、更轻、更薄和更便携。因此，对作为电子设备驱动电源的具有更高能量密度的电池的要求正在增加。在此类电池中，锂二次电池满足这种要求，对其进行改进的多种研究正在积极进行。锂二次电池包括一个阴极、一个阳极、一种电解质和一个为在阴极和阳极间移动的锂离子提供通道的隔膜。当锂离子从阴极或阳极嵌入或脱嵌时，锂离子二次电池通过氧化还原反应产生电能。

用于锂二次电池的非水电解液通常包括一种电解质溶剂和一种电解质盐。然而，电解质溶剂在电池充电或放电期间在电极表面上分解，或者在碳质阳极层间共同嵌入，从而损坏阳极结构。这可能会损害电池的稳定性。

已知上述问题可通过电池开始充电时由电解质溶剂的还原反应在阳极表面上形成一层SEI(固体电解质界面，Solid ElectrolyteInterface)膜而解决。然而，所述SEI膜通常不足以持续起到阳极保护膜的作用，且随着电池重复充电/放电，其寿命会缩短且性能会劣化。特别是，锂二次电池用常规SEI膜是热不稳定的。因此当电池在高温下工作或放置时，SEI膜会由于随时间而增加的电化学能和热能而被容易地损坏。因此，在高温时，电池性能更加劣化。特别是，SEI膜的损坏和电解液的分解会不断产生气体(如CO₂)，这会增加电池的内部压力和厚度。

另外，环己基苯和联苯常用作过充抑制剂。然而，尽管其防止过充，但环己基苯和联苯会导致电池容量降低和常温性能劣化。

为解决上述问题，日本公开专利公布文本No.1996-45545公开了一种使用碳酸亚乙烯酯(VC)作为电解质添加剂以在阳极表面上形成SEI膜的方法。然而，VC在高温循环或高温保存条件下易于分解而在阴极产生气体，这会使电池的性能劣化和稳定性降低。

另外，日本公开专利公布文本No.2002-329528提出通过使用一种基于不饱和磺内酯的化合物控制高温下的气体产生。另外，日本公开专利公布文本No.2001-006729提出通过使用一种基于碳酸酯的含乙烯基的化合物改善高温保存特性。然而，这些方法不能确保SEI膜坚固，因此所述常规问题仍未解决。

发明内容

技术问题

设计本发明是为了解决现有技术中的上述问题，因此，本发明的一个目的是提供一种锂二次电池用非水电解质溶液，其可提高阳极表面上形成的固体电解质界面膜的稳定性、防止阴极处过渡金属的脱出、并维持锂二次电池的过充稳定性，从而改善电池的常温循环性能和高温循环性能。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种锂二次电池用非水电解质溶液，其包括一种锂盐和一种有机溶剂，其中，以100重量份的非水电解质溶液计，所述非水电解质溶液包括：1至5重量份基于磺内酯且环状结构中含有碳-碳不饱和键的化合物；1至5重量份含乙烯基的环状碳酸酯化合物；5至10重量份被卤素取代的环状碳酸酯化合物；和1至5重量份基于二腈的化合物。

本发明的锂二次电池用非水电解质溶液包括特定含量的基于磺内酯且环状结构中含有碳-碳不饱和键的化合物、含乙烯基的环状碳酸酯化合物、被卤素取代的环状化合物和基于二腈的化合物作为添加剂，而得到超过本领域普通技术人员预期的明显的协同效应。换句话说，本发明的非水电解质溶液，与常规锂二次电池用非水电解质溶液相比，确保了SEI膜稳定得多，从而改善电池的循环性能。

在本发明的锂二次电池用非水电解质溶液中，所述基于磺内酯且环状结构中含有碳-碳不饱和键的化合物可以是选自以下化学式1表示的化合物中的任一种或其混合物，但不限于此。

化学式1

另外，在本发明的锂二次电池用非水电解质溶液中，所述含乙烯基的环状碳酸酯化合物可以是选自下列物质的任一种或其混合物，但不限于此：4-乙烯基-1，3-二氧戊环-2-酮(碳酸乙烯基亚乙酯)、4-乙烯基-4-甲基-1，3-二氧戊环-2-酮、4-乙烯基-4-乙基-1，3-二氧戊环-2-酮、4-乙烯基-4-正丙基-1，3-二氧戊环-2-酮、4-乙烯基-5-甲基-1，3-二氧戊环-2-酮、4-乙烯基-5-乙基-1，3-二氧戊环-2-酮和4-乙烯基-5-正丙基-1，3-二氧戊环-2-酮。